力在我们的生活中随处可见,当我推别人一下,我会给别人施加一个力,而我也会受到一个反作用力。如此常见的现象却支配着我们的生活,我们的一切,从微乎其微的原子量子到浩瀚无垠的宇宙。
大名鼎鼎的牛顿提出万有引力定律,解释了天体运行的规律。海王星的发现不得不说是一个奇迹,是对牛顿万有引力定律的最好诠释。
1781年3月31日的一个夜晚,天文学家威廉·赫歇尔在观测星空时,发现了新的天体——天王星。可后来,人们发现天王星的轨道并没有按计算的运行。它仿佛是个“醉汉”左摇右摆。是什么造成天王星的运行轨道“异常”呢?于是天文学家大胆猜想在天王星的外侧一定还有一颗行星“拖曳”着天王星使其轨道异常。
1844年,天文学家勒维烈利用牛顿力学通过天王星运行的偏差反推出另一颗新行星的位置。在德国天台加勒的帮助下,他们在1846年9月23日在预定的天区发现了太阳系第八颗行星——海王星。这无疑是牛顿万有引力定律最辉煌的时刻。
可是当我们把视线从太阳系最外侧的行星海王星拉回到最内侧的行星水星时,问题出现了——水星近日点进动问题。简单来说就是水星在近日点实际观测到的进动值与用牛顿万有引力定律计算出的数值存在偏差。可科学家用尽各种方法,始终无法解释这个现象。是我们出错了,还是牛顿力学出错了。水星进动问题困扰了学界一、两百年。
直到另一位科学巨匠爱因斯坦横空出世。他的相对论成功地解释了水星进动问题。在爱因斯坦的相对论中引力并不是一种“力”,而是一种时空弯曲的现象。大质量的天体把时空压弯曲了,周围的天体在这弯曲的时空里运动,就像大天体拉着小天体转动。想想在一张弹簧床上放一个大质量的铅球。它会把弹簧床压一个凹洞,再把小质量的弹珠放在凹洞边,它就会沿着凹洞慢慢滚向铅球。这就像大质量的天体用引力“拉”着小天体一样。这只是一种时空弯曲的现象。
人们不禁反问那我们普遍认为的“力”到底是什么?
自然界有四种基本力即万有引力,电磁相互作用力(电磁力),弱相互作用力(弱力),强相互作用力(强力)。其中,万有引力、电磁力作用于宏观世界。而强力、弱力只在微观世界才崭露头角。然而引力却与电磁力、强力、弱力有着明显不同。
在人们的印象中引力非常强大,天体运行全靠引力支配。这个观点是不正确的。恰恰相反引力才是四种力中最弱的。若将强力设为“1”,弱力是它的10的负13次方倍,而电磁力是强力的137分之一,引力是强力的10的负39次方倍。这是个什么概念,千万亿亿亿亿分之一呀。想想我们小时候玩的磁铁,用它靠近一根针,针很容易的就被吸到了磁铁上。这难道不是小小的磁铁的磁力战胜了我们地球的引力吗?
引力 是长程力可以作用很远的距离,理论上是无限远。甚至现在的理论认为它可以穿越各个维度。在影片《星际穿越》中,主人公被困于宇宙深处的四维空间,就是通过引力向远在三维空间的地球的女儿传递信息,从而拯救了全人类。
量子力学认为,力应该是交换基本粒子而实现的。电磁力交换光子而实现传递。在微观世界中,强力是夸克之间通过交换胶子而实现的。弱力则是靠w、z玻色子传递的。但是引力呢?可能有人会脱口而出“引力子”,但这仅仅是个假想而已。几百年来,科学家都想找到引力子,可都没有成功。现在电磁力、强力、弱力都能够统一在一个理论中,而独独最先发现的引力始终无法统一。
牛顿提出引力,使其光芒万丈。
爱因斯坦穷尽后半生一直想统一引力,每每都铩羽而归。
量子力学中引力子又迟迟未见踪影。
引力看似平常,无处不在,但它究竟为何?