把引力融合到量子力学中,这就是大一统理论,但必须先找到引力子
量子力学和广义相对论,是现代物理学的两大支柱,共同撑起了物理学的一片天,只可惜二者格格不入。
物理学中共有四大基本力,引力、电磁力、强核力和弱核力,其中引力归广义相对论管,而其它的三个基本力皆由量子力学负责,看似互不干扰,一片祥和。然而物理学家们从不满足于这种现状,从爱因斯坦的时代开始,科学家们就试图将几种基本力融合统一,创造出大一统理论。
在一开始,大一统理论的实现似乎并没有现在这样复杂,因为开始的时候人们并没有发现强核力和弱核力,大家想的只是要把引力和电磁力相统一。而在引力和电磁力之中,最早被人类所发现的就是引力,而发现引力的人就是牛顿,而牛顿之所以能够发现引力与科学家们力争要发现大一统理论还存在着一定的关系。
关于牛顿发现引力这件事,最耳熟能详的就是牛顿与苹果的故事了,而这个故事的真与假其实并不重要,重要的是牛顿把苹果落地和宇宙天体的运行统一起来看待,于是才能够发现万有引力。
如果不是这样,牛顿把苹果落地和天体运行看成两个毫不相关的独立事件,那么那个苹果肯定就白砸了。这个故事告诉我们,统一是物理学探秘的宝器,如果我们把所有事物都看成独立事件,那么一些规律都不会被发现,反之,当人类尝试将越来越多的东西统一到一起的时候,宇宙的规律就会逐渐清晰,宇宙的奥秘就会逐渐显现,所以如果人类能够将四种基本力统一在一起,发现宇宙的大一统理论,那么也许就能够看清宇宙的真实样貌了。这就是不能任由引力与其它三种基本力分而治之的原因所在。
牛顿虽然发现了万有引力,但却没有发现引力传播的介质,没有人愿意相信物质之间能够在没有任何介质的情况下隔空作用,于是在没有找到传播介质的情况下,一个虚拟的概念被引入了,那就是以太,以太被描述为一种静止且均匀分布在宇宙中的介质,而引力通过以太发挥作用。
在引力之后,电磁力被发现了,和引力的发现过程一样,电磁力的发现也伴随着统一,当人们把电与磁统一起来看待的时候,就有了电磁力,此后通过观察磁铁周围磁屑的分布形式,人们认识到了“场”的存在。而场的存在又会激发出传播子,而传播子就是力的传播介质。以电磁力为例,它的场就是电磁场,而它的传播子就是光子,而光子是在电磁场中被激发出来的。
场论后来几经周折又发展成为量子场论,量子场论很好的解释了力、场、传播子之间的关系。
还是以电磁力为例,电子的运动造就了电磁场的存在,而电子辐射出的能量通过智能方程转化为光子,于是电磁力、电磁场以及光子就完美地统一了。随着强核力与弱核力的发现,为了让量子场论自洽,规范场论被建立了,根据规范场论,电磁力的传播介质是光子,强核力的传播介质是胶子,弱核力的传播介质是W和Z玻色子。
而光子、胶子以及W和Z玻色子都属于玻色子,在这样的背景之下,虽然人类仍然没有发现引力的传播介质,但大胆对引力的传播介质进行了预言,人们认为有一种“引力子”存在,它就是引力的传播介质,而且它也应该是一种玻色子。
提到预言中的引力子,就不得不说一说传说中的上帝粒子。
上帝粒子也就是希格斯玻色子,它诞生于希格斯场的振动之中。由于希格斯场是一种能量场,它能够让一些本身不具有质量的粒子获得能量,而能量又进一步转化为质量,于是本不具有质量的粒子就从希格斯场中获得了质量,弱核力的传播介质W和Z玻色子就在此列。
所以如果引力子存在,那么它很有可能也会从希格斯场中获取能量,对于希格斯场与希格斯玻色子的研究也许会带我们走近引力的本质。有朝一日,如果引力不再独立于三大基本力之外,四种基本力能够实现完美融合,那么无数科学家关于大一统理论的梦想也就实现了,人类的科学水平以及对宇宙的认知也将会迈向一个新的层次。