物理學的最大謎團:是什麼導致產生引力?
在宇宙空間,引力牽引物質形成星系、恆星、黑洞等天體。然而,儘管引力無限延伸,但它卻是宇宙中最弱的基本力。
這個特點也使得引力最具神秘,因為科學家無法簡單地在實驗室中測量它,然而很容易測量到它對行星和恆星的影響。例如,兩個帶正電荷的質子之間的斥力比它們之間的引力拉力強10^36倍——即一萬億億億億倍。
物理學家想把知道已久的引力引入標準模型——這是現代物理學的至高理論,解釋了物理學中的另外三個基本力,但唯獨引力失敗了。愛因斯坦的相對論能很好地應用於宏觀天體中,但卻無法適用於微觀世界。
引力與標準模型描述的其他基本力完全不同。當物理學家做一些關於小型引力相互作用的計算時,無法得到合理的結果,數學根本不起作用。
物理學家知道這肯定不是數學的問題,因此他們猜測很可能存在一種看不見、很微小、無質量的粒子——即引力子,由它們發出引力場。
這種假想粒子以光速運動,並牽引著宇宙萬物。然而,如果引力子在宇宙中如此普遍,那為什麼物理學家沒有找到它們呢?
雖然物理學家可以檢測無質量的粒子——如光子,但是無法檢測到引力子,因為它們與物質的相互作用太弱了,物理學家根本不知道如何檢測引力子。但物理學家認為,他們最終會捕捉到一些隱藏在更容易檢測到的粒子陰影中的引力子。
不過,物理學家沒有利用粒子加速器來發現引力子。目前的努力集中在確認希格斯玻色子的存在,希格斯粒子賦予物質的質量,它是引力子的遠親粒子。
尋找諸如希格斯玻色子等難以捉摸的粒子,就如同時間旅行。通過使用巨型加速器來使粒子加速至接近光速,然後將它們碰撞在一起,物理學家就能模擬在早期宇宙中存在的驚人能量。
物理學家認為,如果發現希格斯玻色子,那在粒子加速器中就有可能檢測到與希格斯粒子相近的引力子。
此外,還有一個實驗可以尋找引力子,那就是探測引力波。引力波可能由引力子組成,通過測量引力波,可能就能探測到引力子。而引力波在今年年初已被首次發現,因此,物理學家現在要做的就是要想辦法來檢測單個引力子,但這是個很大的問題。
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