一文看懂：重力、引力、引力子、弦理论、圈量子引力论之间的关系

先声明下，今天的文章很难懂，我光资料就准备了两天，加上我平时的物理和天文学的积累，才总结出了这篇文章，在这里我要提醒一下，本文主要说的是这些理论的联系，并不是讲明白这些理论本身，当然我会尝试着做一些解释，如果看了之后有一种没看懂或者世界观崩塌的感觉，没关系，这很正常，我也只是一知半解，不过咱的目的不是搞懂它，而是比别人多懂一点就行，那我们开始吧。

重力&引力

说到重力，其实就是牛顿发现了万有引力的一种，而牛顿对万有引力的解释是，两个有质量的物体之间有一根看不见的线，那这个解释显然是不能让人满意的，所以呢物理学家就花了数百年的时间，都一直在寻求这个问题的答案，很遗憾地告诉大家，目前的科学家还没有给出一个标准的答案来解释引力到底是如何产生的，无数的科学家都把这个问题视为目前物理学界的终极问题，虽然到现在还没有标准答案，但是目前有一些非常有意思的未证实的理论，我们慢慢来说。

我们先来思考一个问题，引力的相互作用是不是瞬间产生的？也就是说不管距离有多远，只要质量发生变化，引力的大小也会立即跟着发生变化，那这到底对不对呢？根据狭义相对论所证明的，没有什么信号或者能量的传递速度能够超过光速，如果太阳突然爆炸，地球最快也要在八分钟以后才能得知真相，引力的传播绝对不能逾越光速这个极限，如果引力真的可以超距作用的话，那么就可以靠有规律的改变质量的大小来向远方传递信息，这就跟摩尔斯电码一样，这显然违反了狭义相对论的理论。

那既然引力无法超距作用，那引力又到底是什么呢？它的作用机理又是什么样的呢？爱因斯坦发现引力可以引起光线的弯曲，因为光要走最短的路径，在一个弯曲的空间里，光的最短路径看起来就像是一条曲线，既然光总是走最短的路径，那么物理规律都是一样的，一个扔出去的小球是不是也应该走最短的路径呢？爱因斯坦觉得肯定是这样的，如果没有地球引力，那这个小球会沿着直线一直飞下去，现在有了地球引力，这个小球走了一个抛物线以后，就落在地球上，它的运动轨迹就是一根曲线，那么这根曲线就应该是小球认为在这个空间中的最短路径。

我们这个空间是被地球引力包裹的空间，引力的实质并不是一种力，只不过是空间弯曲的外在表现而已，没有什么无形的线，只有弯曲空间这个实质，我们的宇宙空间就好像一张张张开的大网，地球就压在这个大网上，网被压得凹陷了下去，我们在地球边上被凹陷的网上放一个玻璃球，那么这个玻璃球当然会滚落到凹陷的最深处，直到和地球碰在一起，如果我们从远处贴着往朝地球打一个玻璃球出去，当玻璃球滚到凹陷的地方时，如果速度不够，它就会绕着地球一圈一圈的滚，一直滚到最深处，最后和地球撞在一起，但如果玻璃球的速度足够快，它就会滚到凹陷的地方下沉一下，然后从另一头出来，在凹陷的地方上的轨迹看上去就像是一条曲线。

引力波

还是刚才的那个小球，如果在这张网上，地球的质量发生了变化，就好像这个球在网上抖动了一下，于是下陷的深度就会产生变化，这个深度的变化就会从中心迅速地传递出去，但是不可能瞬间达到边缘，必然会有一个传递的过程，就好像在空中泛起了一个波澜，这个波澜的传递速度也是光速，那这个波澜就可以称之为引力波，引力波的传递也应该是光速。

爱因斯坦在1916年和1918年分别发表了两篇论文，预言了引力波的存在，这一套理论就是爱因斯坦著名的广义相对论，那在一百年之后呢，也就是2016年2月11日，地球上最大的引力波探测器ligo正式宣布引力波被找到了，至此我们似乎已经完全解开了所有引力的秘密，那引力波就应该是万有引力作用的机理了，但是等一等，好像还有一个什么问题我们没有解答清楚，这一套理论用在宏观世界似乎非常有，到底但是在微观世界呢，原子、质子、电子，甚至夸克，这些粒子之间的作用力又怎么解释呢？

引力子

微观世界当然得用量子力学来解释，可是量子力学又与广义相对论是矛盾的，那难道是我们宇宙中有两套物理法则吗？那这样的矛盾呢让物理学家非常难受，所以物理学家相信一定存在着一种放之四海而皆准的理论，可以把这两种模型结合起来，同时适用于微观世界和宏观世界，那这个时候量子引力就横空出世了，量子引力就是一种量子力学，结合广义相对论来解释引力的一种理论，其中有一个概念就叫做引力子，引力子呢是一个假设的基本粒子，负责向其他的粒子传递微观粒子之间的作用力一样，引力子权力宏观物质之间的引力，如果引力子真的存在，它不会有质量或者电荷，并且是引力的产生源，不过这个是个假设的理论，虽然可以完美的解释引力的来源，把宏观世界和微观世界都统一起来，但还是有非常大的实验证实的问题，因为引力子这个东西可以说是基本上不可被测的，那量子引力理论又有两派不同的意见，分别是弦理论和圈量子引力论。

弦理论

弦理论是目前最被看好的一种可以解释整个宇宙的万有理论，或许是最有希望将自然界的四种相互作用力统一起来的理论，大概意思是说，宇宙刚开始的时候呢，宇宙之间的四种基本力就是一个统一的基本力，所有的粒子以及各种相互作用力都在最最小的微观大小里，也就是普朗克长度里，它们都是围绕在六维的全区空间中振动的弦，根据这些弦不同的振动而产生了不同的粒子的质量以及相互作用，说到这里，是不是想到了牛顿关于万有引力的解释，弦理论是不是就是那一根看不见的线？

圈量子引力论

圈量子引力论也在尝试着统一量子力学和广义相对论，圈量子引力则认为世界本没有时空，无数关系性循环织出的网络交织在一起就形成了时空结构，这些网络就是时空结构中不可再分的最小空间，每条边的长度呢是普朗克长度，在普朗克尺度下，时空充满着随机的量子涨落，圈量子引力通过自旋网络来表现量子态和实现引力的量子化，换句话来说，圈量子引力论的概念是宇宙时空本身就是量子化的，也就是普朗克长度大小的粒状，宇宙就好像一圈一圈交织在，引力就是有某种特征的圈圈而引起的。

引力的熵力假说

另外呢还有一个非常有名的理论叫做引力的熵力假说，引力的熵力假说是由荷兰的弦理论家埃里克韦尔兰德于2009年提出的，韦尔兰德这一理论也提供了一种可能的假说来描述引力的来源，所谓熵力，简单的来说就是一个让整个系统趋于平衡的力，比如说拉橡皮筋的时候，橡皮筋有一个反向的弹力，让橡皮筋恢复它的状态，这就是熵力。

那根据韦尔兰德的推导，他得出的结果是引力不是一种基本力，而是一种宏观力，来源于熵力，本质上和橡皮筋的弹力和弹簧的拉力都是相同，韦尔兰德的熵力可以大概解释为两个物体之间存在着一个假想的全息表面，这个全息表面可以理解为是三维空间的物体在二维空间不损失任何信息的投影，而当两个物体的距离发生变化的时候呢，这个全息表面上的熵也会改变，从而导致系统能量的改变，而系统总是趋于熵增的，于是引力则体现为对这种变化的响应。

这种解释中全息原理才是最基本的原理，而广义相对论则是成长出来的，韦尔兰德也通过统计物理学与全息原理，推导出了牛顿的万有引力与爱因斯坦的广义相对论，根据它的原理，全息原理的量子力学才是最基本的原理，而爱因斯坦的理论则是一种可以根据基本原理推导出来的推论。

在韦尔兰德的论文发布到网上的二十多天内，就已经相继出现了十几篇论文，进一步讨论这一个假想，其中包括了这一理论在宇宙学，暗能量、膨胀宇宙、圈量子引力论等方面的探讨，另外还有相关的微观模型也已经被提出。

结语

其实除了宏观和微观，纳米的世界其实也很特别，作为一个普通人，单就一个世界的理论我都难以接受，但是在诸多证据的支持下，我知道这个结论是对的就够了，毕竟面对海量的信息噪音，能过抓住论证严谨的真理已然不易。