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第15章 引力的麻烦(第3页)

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而引力的大头针应该放在仙女座星系的某个地方。

(3)

2.利用量子场论,我们可以预测真空中包含多少能量(把所有虚粒子加在一起)。

真空中的总能量大约相当于10105焦耳每立方厘米,然而我们通过观测星系中引力的作用,实际测量到的能量是10-15焦耳每立方厘米。

量子场论的预测值与引力场的测量值相差几亿万万倍。

我们已经知道,量子场论“自诩”

是所有科学中最精确的预测,可一旦把引力纳入其中,它就成了科学中最糟糕的预测。

3.费米子(夸克、电子和中微子等物质粒子)的特征之一是占据空间。

这种特性叫“泡利不相容原理”

,它是一种粒子属性,即粒子的能量和位置是独有的。

费米子竭尽所能地保持分离,但当黑洞中有足够的引力时,粒子就会被强行压在一起。

在量子场论中,泡利不相容原理是不可违背的,而引力理论很轻易地打破了这一点。

4.爱因斯坦的广义相对论描述了引力的原理,它涉及能量、质量、时间、光和空间。

官方记录表明,爱因斯坦在1916年提出这一理论,但很少有人知道,他在1912年就提出了这个方程,只是悄悄地舍弃了它,[2]原因也许是他觉得这是错的。

广义相对论描述了物体周围时空弯曲而产生的畸变,我们视之为“引力”

这个理论与实验完美贴合。

广义相对论基于一个关键的假设:空间中每一点都是平滑的,并且有一个明确的值。

然而,在量子力学中,海森堡不确定性原理认为这是不可能的。

所有场和粒子都在振动,这意味着任何东西都不可能是光滑的。

引力子必须遵循海森堡不确定性原理,但引力本身显然不遵循。

5.其他三种力的场坐落在真空的背景之下,粒子可以被挤出,但场的形状遵从可感知的几何形状。

然而在广义相对论中,空间可以弯曲。

那些已经习惯了沿直线运动的粒子,突然发现自己周围的空间改变了形状后会有何反应,我们无法解释这将如何影响它们。

我们可以用引力解释一大堆粒子的情况,但很难计算单个粒子的引力。

引力不只是家庭聚会里那个不合群的孩子,它还是个从背后踢人、朝电视撒尿的恶霸。

在不考虑引力的时候,量子场论运行良好,但就在我们考虑引力的时候,一切轰然崩塌。

这可能是有史以来最糟心的事情。

知识之树

地表附近的每一个物体都被引力拉向地球。

牛顿意识到同样的力也作用于宇宙中的太阳、月亮和所有行星,因为引力是一种普遍规律(万有引力),一视同仁地作用于万物。

多亏了牛顿,我们才能用一个简单的解释把两个明显不同的现实领域联系在一起。

几个世纪后,爱因斯坦发现能量是同一框架的一部分,并将这些纳入相对论。

这再一次证明,物理学的两个分支通过原本隐藏的关系联系在一起。

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