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量子引力的本質是粒子和時空相互作用

牛頓將引力看成是物體與物體的相互作用,引力是物體自身的一種屬性,將牛頓的引力進行量子化,我們得到了「量子引力」概念,量子引力是基本粒子與基本粒子的相互作用。愛因斯坦將引力看成是物體與時空的相互作用,引力是時空彎曲的一種屬性,將愛因斯坦時空彎曲進行量子化,我們得到了「量子時空彎曲」概念,量子時空彎曲是基本粒子與量子時空的相互作用。物質的形態和種類、物體的化合物和混合物多種多樣,千差萬別,物質形態和種類的差異性與物體的引力、或與物體對時空的彎曲沒有關聯,分子和分子、原子和原子的差異性不影響引力的屬性,引力只與物體的質量和質量的分布有關,引力的無差異性決定了產生了引力的物質的無差異性,而無差異形態和種類的物質只能是基本粒子。從引力的「無差異原理」和從物質層次理論推測了基本粒子的存在,兩種途徑符合哲學方法論的「等效原理」。從分子和分子、原子和原子的差異性不能產生無差異性的引力,應該存在比分子和原子更低物質層次的粒子,無形態、無種類差異的粒子是物質基本粒子,它們產生了量子化引力。

物理學家從量子力學和量子場論論的角度提出了引力量子化的問題,我們從科學哲學的「引力無差異性原理」來檢驗引力量子化的可能性。量子場論導致了「引力量子化」、或「量子化引力」,對引力無差異現象的哲學分析導致了同樣的結果,量子引力場論和量子引力哲學符合哲學量子論的「等效原理」。引力和光子一樣,它們表現為一種普遍存在的宏觀性,實質上則反映量子世界的特徵,基本粒子和基本粒子、或基本粒子與量子時空的相互作用產生量子引力。引力的量子化產生量子引力,同樣,引力場的量子化產生量子引力場,用數學的語言來描述,引力和引力場的「微分」產生量子引力和量子引力場;反之,量子引力和量子引力場的「積分」產生引力和引力場。我們能夠觀測地球和月球、地球和太陽之間的引力作用,如果沒有天體的引力作用,那麼月球在離心力、或慣性力的作用下將會飛離地球,地球在離心力、或慣性力的作用下將會飛出太陽。天體物理學家多次觀測到黑洞和星系的形成,黑洞質量和星系尺度的引力是黑洞和星系形成的主要驅動力。

量子引力」在四種自然基本力中是最弱的,如果將四種基本力的強弱按哲學「等效原理」進行數量級的排列,那麼當量子引力的大小為1個單位時,弱力為10的25次方,電磁力為10的36次方,而強力為10的38次方。比如:在電子和原子核之間存在電磁力和引力的作用,其中的引力弱到可以忽略不計的程度,兩者之間的電磁力相當於引力的10的36次方倍,電磁力決定了電子在原子核周圍的旋轉運動,就像太陽的引力決定了地球在太陽周圍的旋轉運動一樣。科學家用最精密的激光干涉儀來搜索量子化的引力波,他們卻找不到一種檢測量子引力的方法,這是因為直接探測量子引力比直接探測引力波困難得多,量子引力的微弱性超出了科學家的檢測能力。雖然從量子哲學的引力無差異原理和量子場論的「兩條路徑」都能預言量子引力,但是,猜想和預測量子引力的存在屬於理論思維,而直接探測量子引力的存在則屬於物理實驗的範疇。預測和檢驗引力波與預測和檢測量子引力符合哲學屬性論的「等效原理

愛因斯坦的科學思想存在一種悖論,他預測了引力波的存在和屬性,卻沒有預測量子引力的存在和屬性,為了克服愛因斯坦引力哲學的悖論,科學家有必要引入量子引力的概念,量子引力和引力波符合物理學「波粒二象性」的描述,量子引力對應了微觀的粒子性,而引力波對應了粒子的波動性。愛因斯坦用十分完美的「光電效應」實驗完成了粒子性和波動性的「大統一」,將從牛頓時代開始的粒子性和波動性的歷史爭辯畫上了句號。愛因斯坦理論體系的「詭異性」之一在於他沒有「順其自然」地引入量子引力的概念,似乎將量子引力奧秘有意留給之後的物理學家,然而,引力的量子化至今依然是物理學的「老大難」問題,而「破天荒」地解決這一物理難題的價值和意義不在「暗物質」和「暗能量」問題之下。物理學家通常認為,只有通過量子場論才能尋找量子引力的源頭,物理學家的使命是將廣義相對論和量子力學融合起來。通過哲學物理論的「等效原理」,我們同樣可以在牛頓萬有引力的基礎上去尋找「微觀引力」、或「量子引力」的來源,將萬有引力理論和量子力學結合起來。牛頓發現了宏觀引力,他沒有從微觀上探討引力的起源問題,如果引力是物質之間的吸引作用,那麼如何在微觀世界找到分子和分子、原子和原子的引力?如何找到基本粒子和基本粒子的引力?

牛頓將宏觀引力的本質解釋為物體和物體的吸引作用,而愛因斯坦將引力的本質解讀為物體和時空的相互作用,物體之間的吸引是一種「引力」,而時空彎曲對物體的作用力是一種「斥力」、或壓力,兩種理論對宏觀引力的解釋有本質的不同。牛頓和愛因斯坦都沒有預測和引入「量子引力」的問題。什麼是量子引力的本質?從科學和邏輯哲學的觀點來看,有描述量子引力本質的兩條路徑,第一種是「牛頓路徑」,量子引力的本質是基本粒子與基本粒子的吸引作用;第二種是「愛因斯坦路徑」,量子引力的本質是基本粒子與量子時空的相互作用,基本粒子之間的吸引是一種「量子引力」,而量子時空彎曲對基本粒子的作用是一種「量子斥力」、或「量子壓力」。哲學家沒有專門的科學理論和科學手段來研究量子引力的載體問題,而尋找量子引力的載體是未來物理學家的主要使命之一,「後愛因斯坦時代」的物理學家將量子引力的載體定義為「引力子」,從現在到未來,我們期待物理學家找到一個問題的答案:「引力子」在什麼地方出現?它也許是一部分基本粒子的屬性,比如:費米子產生相互吸引,而波色子不能產生相互吸引;它也許是一個獨立存在的粒子,就像光子和電子是獨立存在的粒子一樣。按照「愛因斯坦路徑」的理解,似乎不需要假定「引力子」的存在,量子引力是一種「假像」,就像引力只是一種假象一樣,它的本質是基本粒子和量子時空、或者基本粒子和「時空粒子」的相互作用。

(宇哲手稿:2019-1-22)

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