非力的引力

hesiyuhappy

自从牛顿发现万有引力以来，“引力”一直都作为一种力来研究——无论是经典力学，相对论，还是量子力学。
这主要作用于天体运动的引力似乎天生就是一种力。
于是科学家们根据自己的理解把自然界的力划分为四种基本作用力——电磁力、弱核力、强核力，而这剩下第四种是引力。
然而，当经典物理学以外的物理把引力作为一种力来理解时，似乎遇到了很大的麻烦。与其他三种力不和睦相处的引力使相对论和量子力学这两大当今物理学支柱产生了分歧。而显然，后者比前者要郁闷得多。
量子力学认为，物质粒子之间的力或者相互作用的产生是由于互相交换虚粒子而产生的。这些虚粒子正是力的携带者。电磁力的携带者是虚光子，强力的携带者是胶子，弱力的携带者是玻色子。这三种粒子的自旋（这里所谓的“自旋”是量子态的，因而不能用经典的“旋转的粒子”这种模型来理解。同样粒子自旋时的角动量也是量子态的，在量子情形下，角动量不能任意取值，所以自旋数也是有规则的）都为1，并且都具有质量，正因为具有质量使其的传播距离不能过长，因而它们携带的力也只能是短程的力。而虚引力子与其携带的引力不同，虚引力子是自旋为2且不具有质量的虚粒子，引力也因此成为了四种力中唯一的长程力。这些不同点似乎暗示着引力与其他力的不同。
当然如果只是性质与其他三种力不同的话，我们尚可以把引力看作“有个性”或“特立独行”。但是事情似乎没那么简单。当其他三种力的携带者对应的实粒子都先后被发现时，由虚引力子对应的实粒子构成的引力波就像磁单极子一样似有却一直不肯露面。如果引力真的是力的话，引力波当然会有露出庐山真面目的一天；但如果引力不是力，不光是过去，就连将来对引力波的搜寻都是无意义的，因为它根本不存在！显然量子力学在解释引力上失败了，或者把情况说得乐观些，是暂时失败了，但这个“暂时”也有可能是“永远”。
然后是GUT（大统一理论）的麻烦。GUT 在好不容易解决了弱力的问题以为胜利就在不远处之后，就一直卡在了引力上。GUT认为自然界的力的本质是相同的，只是处在不同的态而已，当它们达到一定高的能量时便会表现出相同的性质，也就是变成一种力，或者说这些虚粒子会变成同一种粒子，就像携带弱力的三种粒子一样，是同一种粒子在低能下表现的不同状态。一些实验已经证实，在高能状态下，强力会变弱，而弱力和电磁力会变强。不难想象当能量达到一定值时这三种力会具有相同的强度。可惜的是现在的实验室还不能造出那样高的能量来。但GUT 在试图把引力与其他三种力放在同一个理论里进行规范时遭遇了瓶颈。引力这个于其他三种力截然不同的“力” 没有给GUT面子，使“大统一”这个名字不太名副其实。
除非引力不是力。只要引力不是力了，上面的麻烦看样子就能解决了。
那么引力不是力会是什么？
相对论对引力的描述其实已经为引力提供了一个很好的模型——空间弯曲。既然都已经用实验证实了质量能引起空间的弯曲，就不难想到和质量相依为命的引力其实就是由质量造成的空间弯曲，就应该把“四种基本作用力”改成“三种基本作用力”，不把引力看作一种力，而是像惯性一样，是质量的一种属性——扭曲空间。那量子力学为什么还要苦苦寻找“引力波”？
但是明明将引力作为一种力来研究，已经得出了万有引力公式。如果引力不是力的话怎么能得出这个公式呢？
没错，引力的确可以用这个公式进行计算。但它也可以看作是空间曲率计算式子的一种等价式，是在经典的角度以“力”来理解引力的一种等价式。
在这里我觉得我们真该学学天文学家对捣乱分子的态度——开除。本来齐娜都有希望成为第十大行星，结果后面吵着嚷着要成为大行星的来了一堆。怎么办?开除！把冥王星降级为矮行星，于是秩序恢复了。
但无论怎么划分，也都是人为的，不管你叫它什么，它照样在自己的轨道上运行着。力的划分也一样，既然只是人为规定的，就没有必要像遵循自然法则一样视为“真理”。为了秩序，规定也是可以打破的。况且前人的结论并不一定完全正确，也就不必将自己束缚在规则之中。
为了便于讨论，我们暂且还是把“引力”称作“引力”。
那么如何从正面说明引力不是力呢？
我们知道力的传播是需要时间的，因为传播力需要发出虚粒子进行交换，那么这些粒子是携带信息的粒子了。我们可以用洛仑兹的相对速度变换公式v=(v1-v2)/(1-v1*v2/c^2)证明光速的不可超越性，当然这是对携带信息的粒子而言。由于携带力的粒子的速度上限是光速，也就是说这些虚粒子把信息传递给受力的双方必须要经过一段时间。如果引力是一种力的话，那么携带它的虚引力子的交换也是需要一段时间的。也就是说如果将一个有质量的物体放入引力场中，它需要过一段时间才能受到引力。而如果引力不是力而是空间的弯曲的话 那么当这个物体放入引力场中时，它会立即受到引力。
那么我们需要一个实验来论证引力就是前者还是后者。
首先可以在云室或气泡室内制造一个场来容纳一个光子，并屏蔽掉电磁场以减小干扰。尽量使光子保持静止。再在场内放入一个高质量物体。由于此时的光子是静止的，那么它的质量为零，当然就不会受到引力的作用，不管引力是力还是空间的扭曲。然后让光子开始运动。如果引力是力的话，光子应该先匀速直线运动一段时间，然后再进行曲线运动。如果引力是空间的弯曲的话光子从一开始便会进行曲线运动。我们只要观测光子在云室或气泡室内留下的轨迹就可以知道引力是不是力了。
当然这只是理想化的实验，因为有很多条件无法实现。这只是原理而已，在后面我会给出有可行的实验。先说这个实验不可行的原因。
在量子情况下，“静止的光子”几乎是不可能的。因为还有个不确定性原理在影响着它的运动。
如果这个又名为“测不准”的原理仅仅只是在测量时起作用的话，我们大可不必去理会它，但事实上粒子的不确定性是的的确确存在的而不只是体现在对他们进行测量时。不确定性的存在，可以用真空涨落和零点运动来证实。前者体现在真空中电磁场的一些可观测到的效应，而后者则使得液氦无法变成固体——无论温度多低。
同样，即使在能量很低甚至为零的情况下，光子也不会乖乖的一动不动，而会不停的作“零点运动”，这使得它的质量无法为零。
此外，上述实验在设备上也有局限。
正因为如此，需要对其进行一些改进。方案是让光子“无中生有”，这样就可以避免上面的麻烦。
这次利用的是电子的性质。我们知道，电子是不断放出虚光子的，虽然这些虚粒子不能被直接检测到，但它们是实际存在的。而且它们还能在一定条件下转变成实光子。不如当一个电子从另一个电子边通过时，便会放出光子来。利用至一点。把前面的“静止光子”换成一对可控电子，然后让它们相互靠近知道放出光子，在分析其轨迹就可以了。
假设我们用实现证明了引力不是力，至少不是由物质发出的引力波这样传统理解上的力，而是质量引发的空间的弯曲的话，接下来的问题就是质量为何能引起空间的弯曲了。
传统的理解是，把防灾弹性平面（如弹簧床）的囚衣齐的凹陷来类比这样空间的弯曲。但这样导读合不合适呢？空间，暂且不提弦论中的十或十一位，就我们不妨把我们目前居住所需的环境而言，毕竟是三维的。这个“球”能让一面凹陷，那另一面呢？而且这也只是类比，这里要讨论的是本质。
正如我们所知道的，质量与能量之间，并无严格的界限。那么我们不妨把质量看作是“能量聚集体”。这些能量导致的结果是使三位的空间向高维卷曲或向高维卷曲的趋势。这样势必会使得这些“能量聚集体”区域内的空间密度变大。由于空间的连续性，在区域之外的空间也会受到牵扯。这样就导致了空间的不均匀分布，也就是所谓的“空间弯曲”也就导致了“引力”的产生。
这样的理解与相对论的理解不同。相对论的理解是“挤压”，而这里是“拉伸”。也许相对论的理解有实验依据，也就是空间弯曲的球面模型。但在不均匀分布的空间中，光的运动也能像在球面空间中一样。
再回到之前的万有引力公式。我已经说过，他只是计算空间弯曲使得一种等价式说具体些，因该是两个物体引起空间弯曲的式子的合式，因为其中包含两个物体。我们注意到其中有个引力常数G，它应该是一个与质量和曲率或它们幂的换算比有关的量，只要我们建立相应的数学模型，就可以用上述理解来计算“引力”了。

hesiyuhappy

在相对论已经被大部分人承认的现在，说光速改变的话，可能会被视为异端。但就我而言，就算被视为异端，也应该不会有什么大的麻烦，所以在这里发表一下我的观点。
在相对论的引力模型中，引力被描述成空间的扭曲。而空间是如何被扭曲的?我们可以设想二维空间的扭曲——一张橡皮膜上放一个重物，这张橡皮膜就会向下凹陷，这种凹陷就可以类比二维空间的扭曲。这种例子我相信大家都举得出来，但如何类比三维空间的扭曲呢？
我们说橡皮膜扭曲了，是因为看到其产生了凹陷，而凹陷的结果是，导致二维向三维发展，即平面向立体发展。或者说，三维空间的存在为二维空间提空了扭曲的条件。
同样，要理解三维空间的扭曲，就必须在心目中有对四维的认识，但作为生活在三维空间的我们来说，这种想象当然是不太可能的。但如果类比上面的橡皮膜的凹陷，要使三维空间发生扭曲——如果模型正确的话——就必须存在一个更高的空间维度。这样解释的话，在一个空间内引力存在的条件是有比这个空间维度更高的维度存在，这样它才会有发生扭曲的可能，即产生引力的可能。
那么我们说回到宇宙初期，我们可以想象，在大爆炸刚刚开始的一段时间内，空间维度处于最高状态，而且也只有初期的宇宙能提供足够高的能量来打开这个维度，也就是说，没有能量来产生更高的维度了，也就没有让这时的空间扭曲的条件，所以在这种情况下，也不会产生引力了。
没有引力的宇宙会怎样膨胀，大家都知道吧——没有引力的束缚，宇宙的膨胀速率当然会比今天的大。然后随着膨胀的继续，宇宙不能维持那样高的维度了，便使维度降低，使更高的维度“卷曲”起来。当然这种“卷曲”是可以打开的，比如说有质量的物体，便会导致空间向高维度发展，即产生引力，也就是打开更高的维度。在宇宙的维度由最高值到今天的三维，宇宙中的引力不断增强，也使宇宙的膨胀速度慢下来。
但如今宇宙在稳定的三维空间内的膨胀速率并不是固定的。也就是说，宇宙虽然保持在三维，但是其能量密度并不是固定的，使空间扭曲的条件也在改变。
当然这都是建立在大爆炸理论是正确的的基础上的。以此为前提，接着我们就可以讨论一下宇宙学的几个问题。
首先是“视界问题”：天文学家只能看见一小部分的宇宙，其边缘由“视界”定义。观察者无法看见在视界之外的事物。如果光线以无限大的速度进行，就不会有视界问题了，当然这是不可能的。视界问题的出现正是因为宇宙的最高速度是一个有限的，恒定的值。而如果这样考虑——也就是光速是一个不变的常量，也就禁止所有均匀化的过程。因为宇宙在膨胀的过程中各部分不知道其他部分的存在，这些区域不可能皆有接触而相互交换有无。因为他们无法相互沟通。
但事实却是宇宙是均匀的。宇宙3K微波背景辐射就很好说明了这一点。
那么如果光速可变又是怎样一种情况呢？
在上面我就作出这样的猜想，宇宙初期处于高维状态，这样抑制了引力的产生，直到维度降低。也就是说引力随时间的推进逐渐增大，而光速也在引力的制约下逐渐变小。由于光速变小，这样使得早期的宇宙的部分能与之后的部分交流，使宇宙在整体上呈现均匀的状态。而在局部上的波动则是各个维度未定存在的时期各个部分无法交流的结果，当然还有其他一些因素的影响，比如真空涨落。
然后是“平坦问题”。我们知道宇宙的空间模型有三种——平面、球面和拟球面三种。我们的宇宙有时间进化出智能生物，这是后两种宇宙无法办到的，所以我们的宇宙应该是平坦的。但问题是平坦宇宙本质上就不稳定，需要扩张速率与引力的平衡，无论哪一方过大，都会导致宇宙的毁灭。
当引力与光速联系起来之后，就似乎可以解释这个问题了。这个平衡要在宇宙初期就建立，可能就与这种联系有关。

（当然，像这样凭臆想把引力和光速联系起来，还有诸多的不妥，而且还有许多现象无法解释，比如大质量物体附近的光速是否增大，还需要精确的实验数据，而不是仅用“光的质量很小，受到的影响也很小”来搪塞。）

再回到一个重要的问题上来——大爆炸是如何进行的？似乎这个问题都一直被忽略。
打个比方，有一个充满气的气球，如果小心的在上面开几个小孔，那么里面的气体就会慢慢的放出来。而由于开始时压强较大，所以气体放出的快，到后来气体放出的速率就逐渐减小。但如果一下子把这个气球刺破的话，里面的气体就会同时快速跑出来。
如果把这个气球看作大爆炸的奇点的话，那么其膨胀的过程就有两种情况。
就暴胀模型而言，是建立在前一种情况上的。由于宇宙膨胀过程中各个部分产生的时间不同，如果速率相同的话，那么它们就失去了相互接触的机会，也就是无法使宇宙变得均匀。但事实上，宇宙3K背景微波辐射告诉我们，宇宙在整体上是均匀的。于是，宇宙需要一个过程使各个部分相互接触使其变得均匀，这个过程就是暴胀。
暴胀模型认为，在宇宙初期有一个暴胀的时期，在这段时期内，宇宙加速膨胀，使后产生的部分能赶上先产生的部分，并接触使宇宙均匀。所以这里所谓的“暴胀”，并不是指边界的加速膨胀，而是内部的加速膨胀，也就是内部物质加速向外运动。但宇宙的膨胀速率指的是什么呢，应该是边界的膨胀速率吧，那么这样看来，暴胀的并不是宇宙。
但如果大爆炸是后一种情况的话，又是怎样的一种情况呢？宇宙的各个部分在大爆炸的同时诞生，又是什么力量使其均匀的呢？还是说在那之前就是均匀的，因为这种情况下没有“释放”时要面对的先后产生的部分无法接触的问题。
所以当前要解决的，是大爆炸究竟是哪一种方式。

大家就大胆地对宇宙YY吧……

hesiyuhappy

关于这篇文章中存在的一些问题大家可以到老论坛看一下，我就不转过来了
http://www.dkj1997.com/forum/sho ... ize=10&pageno=1