引力子

物理學中傳遞引力的假想粒子

引力子,又稱重力子,在物理學中是一個傳遞引力的假想粒子(目前仍未知是否真正存在)。兩個物體之間的引力可以歸結為構成這兩個物體的粒子之間的引力子交換。為了傳遞引力,引力子必須永遠相吸、作用範圍無限遠及以無限多的型態出現。在量子力學中,引力子被定義為一個自旋為2、質量為零的玻色子。

推論


守恆系統中,把運動速度作為光速在運動方向上的一個分量處理,這樣建立運動方程,把時間作為速度的函數。通過能量守恆定律,建立運動能量微分方程
再通過方程:
解得:
取地球引力子速度為光速c,則有頻率f如下:
地球引力子的周期:192209343.602944s,約6.09074655876695年
地球引力子的波長:
λ=57622911569293200m,波長約為:6.09074655876695光年
地球引力子的能量:
約焦耳
地球引力子質量:
約kg
如此推論的結果,與相對論比較衝突,引力加速度g越大,波長越短,以上方程為脈衝振蕩方程,簡諧振蕩不同,但是它們均是在能量守恆定律之下的結果。人類試圖探測引力波,由此方程知,如果想測量引力波波長,就必須對於大質量中子星作為研究對象,只有這一類星體才巨有短波長,脈衝振蕩中,其平均速度約光速,也就是黑洞不可能真的存在,而存在的是灰洞,它時刻通過脈衝振蕩在衰變!

分析


提出引力子的存在純因為量子理論在各方面都非常成功,譬如電磁學可用光子的量化來解釋(量子電動力學),而宇宙其他方面的基本作用力(弱核力和強核力)亦可用量子理論得到完美的描述;人們自然希望量子理論亦能解釋重力,故假想有一種未發現的引力子存在,其性質與光子類似,而最終可發展出量子引力理論。可是這種理論的數學運算十分複雜且無法自洽。

主要性質


在M-理論中,引力子被定義為自由的閉弦,可以被傳播到宇宙膜外的高維空間以及其它宇宙膜。

發現歷史


早在300多年前,物理學家牛頓就發現了萬有引力定律。根據它,科學家們成功地解釋了行星的運動、月球的運動、潮汐形成的原因等科學難題,並且在1846年發現了海王星。直到今天,計算人造衛星、宇宙飛船等航天器的軌道,仍然離不開萬有引力定律。但是,隨著人類認識範圍的擴大和深入,人們發現萬有引力定律也有不完善的地方,它本身還存在一些費解的問題。比如說,按照萬有引力定律,兩個物體不管相距多遠,都會產生萬有引力。這個萬有引力從一個地方傳到另一個地方,速度居然比光速還要快,這種力是靠什麼傳遞的呢?
引力子
引力子
1913年,物理學家愛因斯坦針對這個問題提出了萬有引力場論。他認為任何物體周圍都存在引力場,而引力場存在於彎曲的時空里,引力場是通過引力波傳播,而引力波是通過引力子使物體相互吸引的。
引力子
引力子
但這只是愛因斯坦的預言,引力子真的存在嗎?這個問題成了物理學家們爭論的焦點。看起來,只有找到引力子,才能證實愛因斯坦的新引力論。
黑洞
黑洞
為了尋找引力子,科學家們做出了不懈的努力。有一些科學家在宇宙中尋找能產生引力子的源泉,並取得了進展。從1974年到1978年底,他們在波多黎各用天文望遠鏡,對15000光年遠的射電脈衝雙星進行了觀測,間接地證實了引力子的存在。這個發現鼓舞了人們,科學家研製了高靈敏度的激光干涉儀,只要引力子一出現,它們就能被認出來。如果找到了引力子,物理學和天文學將會發生天翻地覆的變化,在應用技術上也將開闢一個新局面。比如把引力子應用到通訊上,將會出現引力電視、引力電話、引力望遠鏡,並且還能利用引力子跟外星人聯繫。然而,引力子究竟在哪裡還是個謎。

考證


存在性

目前,引力子是否存在,仍是物理界的一個神聖話題。有許多學者試圖用儀器來探測它存在的真實性,最終都沒有得到理想的結果,對於它的存在仍然是一個謎。
從量子引力的觀點出發,引力子是必定存在的。引力在量子化時,引力能量可以是一份一份的,引力能量必須由引力子作為載體將能量傳遞到無限遠處。這是存在引力子的一種理由。
引力子同其它媒介子一樣,是傳遞能量的粒子。例如光子,光子是一種傳遞電磁波能量的媒介子,引力子與光子的行為極其類似,它以傳遞引力波能量而存在。在宇宙中,引力波實質上是引力的擾動。天體的旋轉,坍縮,相撞等方式都會產生引力波,引力波在宇宙中是普遍存在的,因此必定存在引力子,這是引力子存在的另一個理由。
宇宙中必定存在引力子,否則宇宙將不會是人們看到的這個樣子。

不存在

從月球彈回激光束的實驗可能探測到繞月軌道的異常現象,這有助於解釋暗能量的本質。
電影美國《華爾街》中有一句名言:“貪婪是好事”,這條準則很快就會被宇宙學家用來解釋暗能量的起源。這種神秘的東西正在加速宇宙的膨脹。
在近日於英國劍橋市召開的一個宇宙學會議上,參會者討論了一種有爭議的理論——重力是由一種假想的引力子傳遞的。這一粒子會吞噬來自空間的巨大能量,使得宇宙以一種加速卻非破壞性的速度擴張。
我在前面的章節中一直強調關於暗物質我們應該謹慎。因為暗物質極可能是不存在的東西。是我們為了滿足目前宇宙膨脹所臆想的東西。本身暗物質的存在,也是猜想!
但是這麼多年過去了。引力波發現了,引力子和暗物質還沒有被發現。通過論述我們已經知道了,引力的本源是時空。時空也就是能量時空。在這個能量時空內,物體的相互吸引是必然。
引力子
引力子
引力波是時空的漣漪。那麼引力波和電磁波是否類似。是由引力子這樣的基本粒子構成的以光速運動的波嗎?
我大膽的猜想,引力子的探測工作可能不會成功,因為引力子就是組成能量時空的基本粒子。也就是說,我們身邊周圍處處是引力子。可是它的存在和時空“粘”在一起,本身的質量為零,又無比的“小”或者“虛”,所以想直接探測引力子屬於一個超級難題。
真空不空是為什麼?為什麼不是引力子作怪呢?我們完全可以這樣大膽的假設。因為真空中,也存在引力子,我們無法把引力子從任何一個空間剝離。就說明了這點推理!所以我們的猜想不是空想。
而且有多種證明表明引力波是不與電磁波等發生作用。就說明它的特殊性。他參與構成這個能量時空,貫通天文尺度,和量子尺度,卻始終能獨善其身。引力波是時空的漣漪,但不能說發現了引力波,引力子就一定存在。以為引力波不是引力子傳播的。引力波是時空振動。而且要理解引力子的存在,要把握能量二字。甚至引力子會和希格斯場有關係。
那麼在量子尺度下,我們就尤其要關注“引力子躍遷理論”或者說“真空引力子作用”。這種描述是說引力子會從一個“隱”的狀態躍遷為“顯示”的狀態。在躍遷之前,其實引力子還不能算引力子。尤其是在量子尺度最基本的狀態下。比如說夸克尺度下,甚至說夸克之下還有的粒子,對於這樣的狀態粒子的出現,尤其要注意空間能量的躍遷。
也就是說“其大無外,其小無內”是相通的。大是通過“躍遷”來變成小,即是從隱變成顯的狀態,組成我現在視眼下的宇宙。而顯也會通過湮滅等方式重新回到隱的狀態。
但現實是我們即使現在是顯得狀態,我們也是和宇宙是一體的。我們是物質能量。而且人的特殊性是大腦產生精神,這是一種“虛”的能量,是從實在的大腦中產生的。
上面說的這種“有生於無”的哲學深意,就是藉助引力子來體現的。至於說強力,弱力,電磁力依然可以說是基本力。但是他們是物質結構,運動的不同表現。而且引力子對他們的“隱”的作用是很明顯的,並不是一點都沒有。
通過什麼表現呢?就通過不確定性原理宇稱不守恆等等。
所以說了解“有無相生”之間的能量或粒子躍遷導致的能量轉移理論,對於我們認識宇宙是非常重要的。
也就是說暗物質不是具體的物質,是探測不到的。能探測到引力子,對人類來說已經是奇迹了。希望這一天在我死之前可以看到。畢竟我已經看到了我們探測到引力波了。