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第132章 引力子

月净威,哈佛大学科学家,道:“引力子。这个我们需要仔细地了解,引力子,又称重力子,在物理学中是一个传递引力的假想粒子(目前仍未知是否真正存在)。为了传递引力,引力子必须永远相吸、作用范围无限远及以无限多的型态出现。在量子力学中,引力子被定义为一个自旋为2、质量为零的玻色子。”

精星灵,曰:“外文名Graviton。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“理论分析。提出引力子的存在纯因为量子理论在各方面都非常成功,譬如电磁学可用光子的量化来解释(量子电动力学),而宇宙其他方面的基本作用力(弱核力和强核力)亦可用量子理论得到完美的描述;人们自然希望量子理论亦能解释重力,故假想有一种未发现的引力子存在,其性质与光子类似,而最终可发展出量子引力理论。可是这种理论的数学运算十分复杂且无法自洽。”

精星灵,曰:“主要性质。为了传递引力,引力子必须永远相吸、作用范围无限远及以无限多的型态出现。在量子力学中,引力子被定义为一个自旋为2、质量为零的玻色子。在M-理论中,引力子被定义为自由的闭弦,可以被传播到宇宙膜外的高维空间以及其它宇宙膜。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“发现历史。早在300多年前,物理学家牛顿就发现了万有引力定律。根据它,科学家们成功地解释了行星的运动、月球的运动、潮汐形成的原因等科学难题,并且在1846年发现了海王星。直到今天,计算人造卫星、宇宙飞船等航天器的轨道,仍然离不开万有引力定律。但是,随着人类认识范围的扩大和深入,人们发现万有引力定律也有不完善的地方,它本身还存在一些费解的问题。比如说,按照万有引力定律,两个物体不管相距多远,都会产生万有引力。这个万有引力从一个地方传到另一个地方,速度居然比光速还要快,这种力是靠什么传递的呢?1913年,物理学家爱因斯坦针对这个问题提出了万有引力场论。他认为任何物体周围都存在引力场,而引力场存在于弯曲的时空里,引力场是通过引力波传播,而引力波是通过引力子使物体相互吸引的。但这只是爱因斯坦的预言,引力子真的存在吗?这个问题成了物理学家们争论的焦点。看起来,只有找到引力子,才能证实爱因斯坦的新引力论。为了寻找引力子,科学家们做出了不懈的努力。有一些科学家在宇宙中寻找能产生引力子的源泉,并取得了进展。从1974年到1978年底,他们在波多黎各用天文望远镜,对15000光年远的射电脉冲双星进行了观测,间接地证实了引力子的存在。这个发现鼓舞了人们,科学家研制了高灵敏度的激光干涉仪,只要引力子一出现,它们就能被认出来。如果找到了引力子,物理学和天文学将会发生天翻地覆的变化,在应用技术上也将开辟一个新局面。比如把引力子应用到通讯上,将会出现引力电视、引力电话、引力望远镜,并且还能利用引力子跟外星人联系。然而,引力子究竟在哪里还是个谜。”

精星灵,曰:“相关考证。目前,引力子是否存在,仍是物理界的一个神圣话题。有许多学者试图用仪器来探测它存在的真实性,最终都没有得到理想的结果,对于它的存在仍然是一个谜。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“引力子的存在性。从量子引力的观点出发,引力子是必定存在的。引力在量子化时,引力能量可以是一份一份的,引力能量必须由引力子作为载体将能量传递到无限远处。这是存在引力子的一种理由。引力子同其它媒介子一样,是传递能量的粒子。例如光子,光子是一种传递电磁波能量的媒介子,引力子与光子的行为极其类似,它以传递引力波能量而存在。在宇宙中,引力波实质上是引力的扰动。天体的旋转,坍缩,相撞等方式都会产生引力波,引力波在宇宙中是普遍存在的,因此必定存在引力子,这是引力子存在的另一个理由。宇宙中必定存在引力子,否则宇宙将不会是人们看到的这个样子。”

精星灵,曰:“强核力。强核力是作用于强子之间的力,是目前所知的四种宇宙间基本作用力中最强的,也是作用距离最短的(大约在 10^(-15)~10^(-10) m 范围内)。最早研究的强相互作用是核子(质子或中子)之间的核力,它是使核子结合成原子核的作用。自1947年发现与核子作用的π介子以后,实验陆续发现了几百种有强相互作用的粒子,这些粒子统称为强子。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“外文名Strong nuclear force。它将质子和中子中的夸克束缚在一起,并将原子中的质子和中子束缚在一起。一般认为,称为胶子的另一种自旋为1的粒子携带强作用力。它只能与自身以及与夸克相互作用。强核力具有一种称为禁闭的古怪性质:它总是把粒子束缚成不带颜色的结合体。由于夸克有颜色(红、绿或蓝),人们不能得到单独的夸克。反之,一个红夸克必须用一串胶子和一个绿夸克以及一个蓝夸克联结在一起(红+绿+蓝=白)。这样的三胞胎构成了质子或中子。其他的可能性是由一个夸克和一个反夸克组成的对(红+反红,或绿+反绿,或蓝+反蓝=白)。这样的结合构成称为介子的粒子。介子是不稳定的,因为夸克和反夸克会互相湮灭而产生电子和其他粒子。类似地,由于胶子也有颜色,色禁闭使得人们不可能得到单独的胶子。”

精星灵,曰:“强核力含义。相反地,人们所能得到的胶子的团,其迭加起来的颜色必须是白的。这样的团形成了称为胶球的不稳定粒子。最早认识到的质子、中子间的核力属于强核力作用,是质子、中子结合成原子核的作用力,后来进一步认识到强子是由夸克组成的,强作用是夸克之间的相互作用力。强作用最强,也是一种短程力。其理论是量子色动力学,强作用是一种色相互作用,具有色荷的夸克所具有的相互作用,色荷通过交换8种胶子而相互作用,在能量不是非常高的情况下,强相互作用的媒介粒子是介子。强作用具有最强的对称性,遵从的守恒定律最多。强作用引起的粒子衰变称为强衰变,强衰变粒子的平均寿命最短,为10-20~10-24s,强衰变粒子称为不稳定粒子或共振态。强相互作用的理论是量子色动力学(QCD).带电粒子之间有电磁相互作用,带色荷的粒子之间有强相互作用.两个中性原子之间没有相互作用,靠近电子云重叠出现作用力称为范德瓦尔斯力,出现强相互作用强子之间的力程都很短。强核力的强度与距离成反比。当两个粒子贴近时,强核力几乎消失。”

这种现象,称作“渐进自由”。

月净威,哈佛大学科学家,道:“电磁力。电磁力是电荷、电流在电磁场中所受力的总称。也有称载流导体在磁场中受的力为电磁力,而称静止电荷在静电场中受的力为静电力。”

精星灵,曰:“电磁力是在带电荷的粒子之间引起的力;它是四种基本力中第二强的力。”

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