人类科学的发展历程,本质上是不断突破各类局限性的过程。任何时代都存在一定的局限性,人们的思维易受其束缚,进而难以取得突破。而科学始终朝着更具普适性的方向前行,唯有突破重重束缚,人类科学方可不断进步。

打开网易新闻 查看精彩图片

以牛顿发现万有引力定律为例,该定律统治人类科学长达数百年,至今仍具强大影响力。然而,牛顿深知万有引力存在 “致命弱点”,即无法解释引力的产生机制与本质。以牛顿所处时代的条件而言,要求他发现引力本质确属苛求。毕竟,任何时代都有其局限性,牛顿虽伟大,亦难摆脱时代的束缚。

后来,爱因斯坦针对引力本质提出了广义相对论,认为引力的本质是时空弯曲,引力只是其表象。同时,他发现万有引力公式在强引力场环境下计算不够精确,误差较大。相比之下,广义相对论更具普适性,无论是弱引力场还是强引力场均适用,而牛顿的万有引力定律只是广义相对论在低引力场下的近似值,属于特例。

打开网易新闻 查看精彩图片

由于日常生活中强引力场罕见,所以万有引力定律仍可满足日常需求,且因其公式较广义相对论的引力场方程更为简单,在解决如火箭发射、卫星上天等有关引力的问题时,通常使用万有引力定律便已足够精确,仅在描述大型天体运动规律时,才需运用更为精确的广义相对论。

打开网易新闻 查看精彩图片

此外,引力并非自然界中唯一的基本作用力,电磁力亦是其中之一。

打开网易新闻 查看精彩图片

法拉第率先发现电与磁之间存在某种关联,之后麦克斯韦在前辈研究成果基础上,统一了电和磁,并建立了麦克斯韦方程组,这一方程组堪称人类历史上最美的方程之一。

打开网易新闻 查看精彩图片

最初,麦克斯韦方程组较为复杂,包含多达 20 多个方程,经后人不断简化,最终形成了我们课本中所学的简洁优美的四个方程。电和磁统一后,电磁力被视为又一基本作用力,那么电磁力与引力是否存在某种关系呢?

1915 年,数学家希尔伯特曾致信爱因斯坦,指出麦克斯韦方程组在数学上可视为引力场方程的延伸,意味着电磁力和引力本质上可能是同一种力。

打开网易新闻 查看精彩图片

爱因斯坦受此鼓舞,此后一直致力于统一电磁力和引力的研究,试图搭建两者之间的桥梁。但直至 1955 年爱因斯坦逝世,他也未能完成这一壮举。在此期间,爱因斯坦尝试以几何方式,将电磁场和四维时空组合成五维时空来统一引力和电磁力,不过这种方法最终总会出现违背常理的情况。

打开网易新闻 查看精彩图片

与此同时,科学家们陆续发现了另外两种基本作用力 —— 强力和弱力。至此,自然界的四种基本作用力全部被发现。20 世纪中叶,受李政道和杨振宁宇称不守恒理论的启发,科学家们预测弱力和电磁力本质相同,仅表现形式有别。在狭义相对论和量子力学的基础上,电磁力与弱力最终得以统一,量子场论也应运而生。科学家们通过创建粒子标准模型,进一步统一了电磁力、强力和弱力。

打开网易新闻 查看精彩图片

在该标准模型中,这三种基本作用力均通过媒介子传递,其中电磁力通过光子传递,强力通过胶子传递,弱力通过玻色子传递。在此基础上,科学家们大胆推测,引力也应通过某种媒介子传递,并将其命名为 “引力子”。若能找到引力子存在的证据,便意味着四大基本作用力可实现完全统一。于是,科学家们通过多种方式探寻引力子,但至今尚未有所发现。

打开网易新闻 查看精彩图片

有人或许会问,既然爱因斯坦的广义相对论已表明引力的本质是时空弯曲,为何还要寻找假设的引力子呢?这是因为广义相对论对引力本质的描述侧重于宏观层面,属于宏观效应,而标准模型下的引力子则是从微观作用角度诠释引力本质,二者并不冲突,只是分析引力本质的角度不同而已 。