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『天文在线』我们为什么还需要引力子呢？，当引力不再是力( 二 )


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这使得引力和另一个与惯性紧密相关的力很相似：臭名昭著的离心力 。 当你坐在粗暗转木马上 ， 没有任何实际的相互作用拉扯你的身体远离其中心 。 没有任何力的作用 。 你感觉到的是一种模拟力 ， 这是因为你在一个非惯性参考系中运动：旋转木马的旋转参照系 。 唯一真实存在的力是椅子对身体作用的力 ， 这个力将你维持在旋转参照系中而不是惯性轨道中 。
所以我们很容易用同样的方式看待引力：作为一种模拟力 ， 是我们身在非惯性系而产生的结果 ， 我们受到唯一真实存在的力是地面的作用力 ， 这种力阻止我们进入惯性（自由落体）轨迹 。
『天文在线』我们为什么还需要引力子呢？，当引力不再是力
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但现实情况要微妙得多 。 与离心力（模拟力）不同 ， 引力场是有源场：由于引力场的存在 ， 所有物质都有动能 。 简单来说 ， 引力场本身就是一个物质场：携带能量和动量 ， 并且可以被探测（事实上确实已经探测到：LIGO观测到引力波；上世纪70年代曾首次间接发现——通过观察双子星辐射引力波会损失能量） 。
此外 ， 引力不像其他的力那样无法用几何学语言描述 。 事实上 ， 这种几何学描述（称为协变导数）是量子场论的标准工具集以及著名的粒子物理学标准模型的一部分 。 关键的区别在于 ， 这种情况下几何形状取决于粒子经历这种几何形状的电荷质量比 。 相反 ， 上面已经提到 ， 引力中的电荷质量比对于所有物质都一样 ， 即都为1 ， 所以它没有这样的作用：即无论用什么粒子测量 ， 几何形状都一样 。 当你听到引力场被称为“普遍地和最低限度地相互作用”的场时 ， 这就是普编几何解释成为可能的原因 。
『天文在线』我们为什么还需要引力子呢？，当引力不再是力
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最终 ， 这就归结于我刚刚提到的 ， 引力场是有源场 。 这有什么关系呢？让我来解释一下 。 我们可以在广义相对论的弯曲时空中很好地研究量子场理论 。 有一些有趣的结果（最引人注目的是 ， 人们意识到“粒子”概念并非基本概念 ， 两个被加速的观察者看到的粒子内容可能并不一致）但理论是一致的 ， 并且遵循因果关系 。 但是如果认为物质是引力源 ， 我们就陷入了一个死结：量子场（其特征不是数字）决定时空曲率（特征是数字） 。 简而言之 ， 爱因斯坦的著名场方程将毫无意义：题目问做一个橘子需要几个苹果 。
这使我们无法过多地理解几何解释 ， 而是将引力看做另外一个场 ， 就像电磁场 ， 并考虑量化它 。 即使还不知道量化理论的细节如何 ， 但可以知道的是它就像弱引力场中的“扰乱性限制”：它可以用量子来表示 ， 我们称之为引力子 。
『天文在线』我们为什么还需要引力子呢？，当引力不再是力
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如果真的能成功量化引力 ， 那一切猜测就结束了 。 可惜 ， 尽管理论学家已经努力数十年 ， 也还是没能成功 。 还有其他可能性吗？其中有一种 ， 是最差但也是最成功的的方法 ， 就是接受现状：如果引力是非量化的呢？如果物质在爱因斯坦场方程中不是通过它的量值场 ， 而是通过相应的“期望值”——普通的数来表示 ， 那会怎么样呢？这糟糕透了 ， 简直就是一个拼凑 ， 但结果却超乎寻常的好：这种“半经典引力”准确地描述了任何我们能实现的可想象得到的试验或观察 ， 只有在大爆炸的最初时刻和粒子落入黑洞的最后一刻才会失效 。
所以 ， 我们可能根本不需要引力子 。 也许 ， 引力真的只是一种模拟力 。 又或许 ， 是想电磁力一样真实存在 。 但可以肯定的是 ， 它可以用几何学来解释 ， 因为物质与潜在的场之间的联系是普遍且最低限度的 。 这个问题至今悬念依旧 。
作者:quora
FY:Laurels


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