量子力学|引力子:粒子物理学的最后一块拼图,可能引发物理学革命( 二 )


强核力负责将质子和中子以及组成它们的夸克结合在一起 , 它的载体是胶子;W玻色子和Z玻色子负责携带导致原子放射性衰变的弱核力;而电磁力的载体是光子 。 理论上 , 引力的载体是引力子 。 找到它是下一代粒子加速器的目标之一 。

  • 粒子物理学标准模型
如果发现了引力子 , 问题不会就此结束 。 首先 , 目前已知的3种载流子很好地符合粒子物理学的标准模型 , 也就是量子粒子的周期表 。 然而 , 引力子并没有合适的位置 。 第二 , 引力子在数学上是有问题的 。 在量子力学中 , 在进行计算时出现无穷大是很常见的 , 这使得不可能得到一个合理的答案 。 这些无穷大通过重整化的过程来处理 , 本质上就是增加相反的项来消去它们 。 然而 , 引力子的数学将涉及无限多的无穷大 , 使重整化本身不可能 。
作用范围由于一些尚待解释的原因 , 引力比其他基本力要弱几个数量级 。 顾名思义 , 强核力是最强的 , 它比电磁强100多倍 , 比弱核力强100多万倍 , 比引力强10^38倍 。
【量子力学|引力子:粒子物理学的最后一块拼图,可能引发物理学革命】虽然引力似乎更强 , 但这只是因为它的范围最大 , 但在小尺度上 , 引力几乎是无关紧要的 。 更具体地说 , 强核力的作用范围是10^(-15)米;弱力的范围约为10^(-18)米;重力和电磁力都遵循平方反比定律 , 但电磁力往往会自我抵消 , 让重力在大尺度上占主导地位 。
对于物理学家来说 , 引力为什么这么弱是一个悬而未决的问题 。 最主要的解释之一是存在其他维度 , 这些维度被假设为非常小 , 只有量子粒子才能与它们相互作用 。 因此 , 如果重力通过4个时空维度以外的额外维度传播 , 那么这可能解释了为什么它的一些能量似乎丢失了 。
弦理论是答案吗
我们理解引力的最大希望在于弦理论 。 如果它是正确的 , 宇宙是由1维弦和10维相互作用组成的(弦振动产生不同的粒子) 。 利用弦理论 , 物理学家已经成功地理解了所有尺度的引力 , 导出了引力子的存在 , 并解释了为什么引力比其他基本力要弱得多 。
然而 , 由于弦理论的复杂性 , 它有很多可能的解 , 它缺乏可预测性 , 它缺乏实验证据 。 李·斯莫林是弦理论的批评者 , 他认为 , 物理学界已经走错了方向 。 他说:“一些弦理论学家宁愿相信弦理论太神秘而无法被人类理解 , 也不愿考虑它可能是错的 。 ”如果他是对的而弦理论是错的 , 那么我们是否能真正理解引力就值得怀疑了 。