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艾萨克·牛顿最早提出了万有引力定律。从此，在人类的思想里刻上了“引力”这个概念，但引力到底是什么？牛顿并没有说清，他只是给出了它的数学表达，以及告诉人们如何去运用它。 之后，阿尔伯特·爱因斯坦在牛顿的基础上，进一步诠释了引力的本质，即时空的扭曲，并对牛顿万有引力的计算数值进行了修正，但爱因斯坦对引力的描述，是一种宏观效应。 而20世纪20年代，量子力学的出现让人们开始着迷于从微观上看待世界，“量子化”成为了当时最时髦的物理学研究方向。物理学发展进入了一个群星璀璨的年代，各种量子理论层出不穷，颠覆了人类对世界的认知，也取得了不俗的成绩。 量子力学的丰碑“标准模型”成为了20世纪最成功的理论，它统一了电磁力、强力、弱力三种基本力，并找到了对应的媒介粒子，而对应引力的引力子却迟迟未被发现。 为什么我们认为有引力子的存在？这得先简单说说量子理论。量子理论的本质就是以量子概念来诠释世界上的万事万物，包括物质以及所有的相互作用力。 何为量子？ 量子不是具体任何东西，只是人类创造的一种抽象概念，更像是一种类别。这一类别的微观物质最显著的特点就是有明显的“波粒二象性”。波，是一种概率波；粒，是经典认知的点，这两种内在特性此消彼长。 描述实物的量子统称为费米子，比如我们熟悉的质子、电子、中子；而描述各种作用力的量子统称为玻色子，比如我们熟悉的光子。 费米子作为实物粒子，更多表现为“粒子性”。物质由实物粒子构成的，属于经典原子认知的升级版，我们还比较好理解。就像辉煌的大厦都是通过一砖一瓦堆砌起来的，但不同于经典宏观物质的确定性，这种实物粒子具有不确定的量子态。 而传播相互作用力的量子称为玻色子，对于很多人来说，就不是很好理解了。在量子力学里把各种相互作用力看成是由各种具有最小单位的离散能量包交换所产生的。 传播相互作用力的玻色子，包括胶子（强相互作用的媒介粒子）、光子（电磁相互作用的媒介粒子）、w玻色子和z玻色子（弱相互作用的媒介粒子）。这些粒子的发现，说明标准模型对于力的构想是可行的，那引力也应该对应有个媒介粒子，这就是我们说的“引力子”。 但至今我们还未发现引力子，只要引力子没有被发现，就说明以量子力学构建的标准模型，只是一个过渡型的理论，而不能成为最终理论。 爱因斯坦的相对论则与量子力学背道而驰。爱因斯坦的相对论则是解释宇宙的另一套理论体系。它虽然能够完美地阐释引力，即时空的扭曲，却无法解释自然界的另外三种基础力。 从某种意义上来说，在爱因斯坦的相对论里，根本不存在所谓的“力”，力变成了一种时空的几何效应。也正是这个原因，它无法融合量子力学三大基础力的描述。 然而融合世界上所发现的所有力，是物理学的终极目标。对于已经融合了三大基础力的量子力学，科学家们当然对它寄予厚望，所以说也就从来没有放弃过寻找最后的引力子。 但其实标准模型根本就是一个无法包容引力的理论，假设引力子存在，运用标准模型的数学公式也无法计算出正确的引力数值。 为什么呢？因为它与能精确描述引力的相对论完全是背道而驰。 量子力学与广义相对论就像两位优秀但脾性不合的对手其实如果用相对论和量子力学分别来描述宏观世界与微观世界，它们在各自的领悟都堪称完美。 量子理论在描述原子和亚原子粒子构成上，可谓无与伦比。而广义相对论在解释宇宙上，给我们带来了诸如黑洞、膨胀的宇宙等令人惊叹的理论，但这两大理论却处于完全对立的状态。它们的基础是不同的假设、不同的数学方法，以及不同的物理图景。量子理论是基于离散的能量包（即“量子”），以及亚原子粒子的相互作用。而相对论则是基于平滑的表面。 但宏观与微观只是一个人为的界定，宇宙不应该是割裂的，那一个完整的宇宙需要运用两套理论来诠释它的运作规律吗？ 物理学家给出的答案显然是否定的，所以说在大统一理论的道路上，引力子可以说是非常重要的一个预言。 然而在寻找引力子的道路上，我们一次次的失败，再加上后来又出现了标准模型所无法解释的暗物质。这让大多数科学家对以“集邮”的方式发展起来的标准模型，感到了失望。 总结本质上来说，科学家们执着于寻找的并不是引力子，而是一个能够统一世界所有物理规则的终极理论。 而在量子力学的最高成就标准模型中，唯独就还缺少引力子，如果能找到它，无疑是向着终极理论前进迈出了一大步。 欢迎关注@想法捕手，探知科学，畅游宇宙汪洋。 |
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