為了連接引力和量子理論,物理學家提出了一種全新的假想粒子——引力子。
雖然人類在實驗中還從未觀測到一個引力子,但是物理學家們已經對引力子有足夠的了解。
首先,由于引力的作用范圍是無限的,并且引力隨著反平方定律衰減(即F∝1/r),因此引力子必須是零質量的。
我們之所以知道是因為如果光子有質量,就會改變指數上的“2”,而“2”是被實驗嚴格驗證的。
就跟光子一樣,引力子也以光速傳播。
在廣義相對論中,宇宙中質量和能量的分布是由一個4×4的矩陣所描述,數學家稱之為二階張量。
這很重要,因為如果張量是引力的來源,我們就會發現引力子必須是一個量子自旋為2的粒子(溫伯格提供了證明)。
如果你觀測到一個無質量、自旋為2的粒子,那么你就找到了引力子。
那為什么還沒有人找到引力子?主要的問題是,引力太弱了。
舉個例子,在氫原子中,一個電子和一個質子之間的電磁力要比它們之間的引力強上10^39倍。
一個更直觀的例子是磁鐵和曲別針的行為:一個磁鐵可以對抗整個地球的引力,將曲別針吸引住。
仔細想想你就會知道這意味著什么,一個你可以輕易握在手上的磁鐵將曲別針往上吸,而整個星球的引力將它往下拉,磁鐵依然獲勝。
也就是說一個單獨的引力子是非常非常微弱的,這使一些科學家認為幾乎不可能直接探測到這樣的一個引力子。
但是在布蘭德的理論中。
他對引力子的探測有一些新的想法。
引力子或許是可以被探測到的,這需要人們對宇宙有一個全新的理解方式。
布蘭德認為,引力只在我們生活的這個三維世界看起來很弱。
但實際上,引力其實是可以傳播到額外的維度。
但是這些額外的維度被卷曲的非常的小,以至于三維世界中的我們無法察覺。
現在,我們想象一根拉緊的繩索,對于一個走鋼絲的人,它只能沿著繩索往前或往后走,繩索是一維的。
但是對于螞蟻來說,它們可以沿著繩索的周長四處亂爬,繩索看起來就是二維的。
對于人類來說是一維的繩索,對于小生物卻是二維的。
量子力學告訴我們所有的粒子也是振動波,物理學家認為引力子可以在這些額外的維度中振動,這些維度的彎曲就像是手鐲繞著纖細的手腕。
但是,額外維度的循環本質也對引力子如何振動施加了限制。
只有整數的波長才可以均勻在額外維傳播。
這也帶來了一些有趣的結果。理論上,在額外維中存在著不止一種類型的引力子,不同整數的波長就是一種不同的引力子。
振動的越厲害的引力子可以具有質量,這樣的粒子被布蘭德成為布蘭德引力子。
在很小的尺度下,布蘭德引力子可以具有質量;但是在大尺度下,它們就會變成經典理論所認為的零質量。
現在的問題是,宏觀條件下,以人類當前的技術水平,壓根沒辦法在短時間內測量到引力子的存在。
除非有人類進入黑洞內部,或者進入一個高維的時空內部,通過高維時空測量出引力子的相關參數,進而通過愛因斯坦引力場方程,推導出整個引力的產生機制。
這就是布蘭德理論所面臨的困境。
而且短時間內看不到解決的希望。
大概了解了布蘭德的整體思路后,龐學林搖了搖頭,這個問題,他也沒有太好的辦法。
除非,在庫珀的閣樓內,獲得那個未來的庫珀從五維時空里傳回的至關重要的信息。
至于這里面是不是會涉及到祖父悖論的一些東西,就不是龐學林所需要考慮的了。
……
一天的時間轉瞬即逝,下午五點,龐學林帶著剛剛洗完澡,結束訓練的墨菲上了皮卡車,然后去了十公里外的一所小學,把小墨菲也接上了車。
一大一小兩個墨菲在車上鬧騰地很,記憶中,自己女兒從小就和小姨子親,這也是克麗絲將女兒的英文名字取成墨菲的原因。
當然,小墨菲還有一個正式的中文大名:龐菲。
只不過一家人從小到大一直叫她小墨菲,她也早就習慣了這樣的稱謂。
回到家的時候,克麗絲已經準備好了晚餐。
魚排、玉米沙拉外加土豆泥。
現在全世界,也就土豆和玉米這兩樣主食還能正常種植,像水稻、小麥等糧食作物,早就因為枯萎病在地球上徹底滅絕了。