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宇宙为什么会有引力存在?产生的原因是什么?

 昵称11935121 2018-07-07

我们都熟悉引力的影响。牛顿被一个苹果击中头部导致他发现引力的故事经常传授给孩子们。总之,引力是一种自然现象,所有物理体相互吸引。

例如,地球吸引你,并让你停滞不前。当你称量自己时,你实际上在测量引力对你身体的影响。虽然这看起来很明显,但科学仍在继续争论导致引力的原因。

艾萨克·牛顿爵士推断,将行星保持在它们的球体中的力必须与它们旋转的中心的距离的平方相互作用:比较了在地球表面的引力和月球引力的必要条件,发现它们的答案相当接近。这被称为牛顿的引力平方反比定律。

牛顿定律虽然无法定义引力的确切性质,但牛顿的万有引力定律在20世纪初被广泛接受。

1915年,爱因斯坦在他现在著名的广义相对论的框架内发表了他的引力理论。根据广义相对论,引力的影响是由时空曲率引起的,而不是牛顿所断言的那样。爱因斯坦的广义相对论能够成功地解释牛顿定律所解释的几种效应,如水星轨道上的异常。爱因斯坦的广义相对论提出,时空是由物质弯曲的,自由落体的物体在弯曲的时空中沿着局部直线路径(称为测地线)移动。

一个简单的方法来思考这个问题是想象一个拉伸橡胶薄板。

现在想象把球体推到橡胶片表面上。这会使橡胶片的整个表面变得凹陷(即向内弯曲)。

如果你把一块大理石扔在上面,它会由于拉伸表面的向内弯曲而落到中间。虽然爱因斯坦广义相对论现在是现代物理学特别是天体物理学的一个基石,但它仍然没有从根本上解释物质的空间为什么或如何弯曲,这仍然使引力的性质成为一个谜。

另一方面,广义相对论预测了许多现象,如引力透镜(即大质量的光弯曲)以及引力对时间膨胀的影响(即强引力场中时钟的减速),它与量子力学的非常成功的理论却是不相容的。

这一切给我们留下了什么?目前,对于引力的基本性质,目前还没有广泛接受的理论。然而,不缺乏已被提出的理论。似乎看起来最受支持的是弦理论。

M-理论是弦理论最全面的表述。总体上,M-理论断言所有物质的基本构建块可以被简化为无限小的振动能量构建块,它只有长度的尺寸,称为“弦”。从概念上讲,“弦”在多个维度上振动。弦的振动决定它是否作为物质或能量出现。

根据弦理论,每一种物质或能量都是弦振动的结果。此外,M-理论预测,与相对论和量子力学隐含预测的四维相比,有11个维度,10个空间维度和1个时间维度。弦理论的一个吸引人之处在于它从根本上解释了引力。

此时,您可能会认为我们最终得出了关于引力性质的结论。但也存在一些问题,M-理论没有正确地描述现实的科学共识。

科学家们明白引力是如何作用的,但他们却不明白它为什么存在。

例如,为什么原子里的空间大多是空的,而不是被引力拉成固体质量?为什么将原子组合在一起的力与引力不同?

现代物理学认为引力是由一个称为引力子的无质量粒子介导的,它被假定为以光速行进。

然而,没有证据表明存在着这种现象。

引力的确切性质仍然是有争议的。


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