力在我們的生活中隨處可見,當我推別人一下,我會給別人施加一個力,而我也會受到一個反作用力。如此常見的現象卻支配著我們的生活,我們的一切,從微乎其微的原子量子到浩瀚無垠的宇宙。
大名鼎鼎的牛頓提出萬有引力定律,解釋了天體執行的規律。海王星的發現不得不說是一個奇蹟,是對牛頓萬有引力定律的最好詮釋。
1781年3月31日的一個夜晚,天文學家威廉·赫歇爾在觀測星空時,發現了新的天體——天王星。可後來,人們發現天王星的軌道並沒有按計算的執行。它彷彿是個“醉漢”左搖右擺。是什麼造成天王星的執行軌道“異常”呢?於是天文學家大膽猜想在天王星的外側一定還有一顆行星“拖曳”著天王星使其軌道異常。
1844年,天文學家勒維烈利用牛頓力學通過天王星執行的偏差反推出另一顆新行星的位置。在德國天台加勒的幫助下,他們在1846年9月23日在預定的天區發現了太陽系第八顆行星——海王星。這無疑是牛頓萬有引力定律最輝煌的時刻。
可是當我們把視線從太陽系最外側的行星海王星拉回到最內側的行星水星時,問題出現了——水星近日點進動問題。簡單來說就是水星在近日點實際觀測到的進動值與用牛頓萬有引力定律計算出的數值存在偏差。可科學家用盡各種方法,始終無法解釋這個現象。是我們出錯了,還是牛頓力學出錯了。水星進動問題困擾了學界一、兩百年。
直到另一位科學巨匠愛因斯坦橫空出世。他的相對論成功地解釋了水星進動問題。在愛因斯坦的相對論中引力並不是一種“力”,而是一種時空彎曲的現象。大品質的天體把時空壓彎曲了,周圍的天體在這彎曲的時空裡運動,就像大天體拉著小天體轉動。想想在一張彈簧床上放一個大品質的鉛球。它會把彈簧床壓一個凹洞,再把小品質的彈珠放在凹洞邊,它就會沿著凹洞慢慢滾向鉛球。這就像大品質的天體用引力“拉”著小天體一樣。這只是一種時空彎曲的現象。
人們不禁反問那我們普遍認為的“力”到底是什麼?
自然界有四種基本力即萬有引力,電磁相互作用力(電磁力),弱相互作用力(弱力),強相互作用力(強力)。其中,萬有引力、電磁力作用於巨集觀世界。而強力、弱力只在微觀世界才嶄露頭角。然而引力卻與電磁力、強力、弱力有著明顯不同。
在人們的印象中引力非常強大,天體執行全靠引力支配。這個觀點是不正確的。恰恰相反引力才是四種力中最弱的。若將強力設為“1”,弱力是它的10的負13次方倍,而電磁力是強力的137分之一,引力是強力的10的負39次方倍。這是個什麼概念,千萬億億億億分之一呀。想想我們小時候玩的磁鐵,用它靠近一根針,針很容易的就被吸到了磁鐵上。這難道不是小小的磁鐵的磁力戰勝了我們地球的引力嗎?
引力 是長程力可以作用很遠的距離,理論上是無限遠。甚至現在的理論認為它可以穿越各個維度。在影片《星際穿越》中,主人公被困於宇宙深處的四維空間,就是通過引力向遠在三維空間的地球的女兒傳遞資訊,從而拯救了全人類。
量子力學認為,力應該是交換基本粒子而實現的。電磁力交換光子而實現傳遞。在微觀世界中,強力是夸克之間通過交換膠子而實現的。弱力則是靠強子傳遞的。但是引力呢?可能有人會脫口而出“引力子”,但這僅僅是個假想而已。幾百年來,科學家都想找到引力子,可都沒有成功。現在電磁力、強力、弱力都能夠統一在一個理論中,而獨獨最先發現的引力始終無法統一。
牛頓提出引力,使其光芒萬丈。
愛因斯坦窮盡後半生一直想統一引力,每每都鎩羽而歸。
量子力學中引力子又遲遲未見蹤影。
引力看似平常,無處不在,但它究竟為何?