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06 引力物理前沿（第1页）

06引力物理前沿

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这本书大部分内容都在讨论从毫米到整个可观测宇宙尺度下的前沿引力物理研究。

在这一章中，我们将聊聊引力理论当中表述上的一些问题。

自1915年以来，我们对引力相互作用的理解一直参考着爱因斯坦的理论。

这一理论把时间和空间统一成一个客体，并且让时空中的物质影响时空的性质。

我的读者们应该已经相信这个事实，爱因斯坦的理论取得了非凡的成功!只用一个理论就能解释如此大量的物理现象，是多么伟大!然而，爱因斯坦的理论还不是我们理解引力的终点。

1915年之后，引力物理学领域里发生了很多事情，其中有不少暗示着我们需要一个更加基础的理论。

量子力学和引力

在爱因斯坦发表他的引力理论之后不久，20世纪初的理论物理世界就被玻尔（Bohr）、海森堡（Heisenberg）、薛定谔（Sger）等科学家再一次永远地改变了。

从牛顿一直到那个改变之前，我们都认为物理理论属于决定论。

也就是说，如果你知道某一时刻宇宙中所有物体的位置和速度，那么你就可以准确无误地预测将来。

这样的物理学现在被称为经典理论（classicaltheories）。

爱因斯坦的理论就是经典理论的一个例子。

玻尔、海森堡和薛定谔他们领导的革命却创造了另一种理论——量子力学（quantummeics）。

新的量子理论以概率为基础，其结论是：人们只能计算未来发生某种事件的概率，但无法准确地知道未来究竟会发生什么。

量子力学的成就是惊人的。

它极其精确地描述了光的本质，以及所有已知物质的基本构成单元。

再后来，剑桥大学的保罗·狄拉克（PaulDirac）教授利用这些新想法建立了量子化的电磁学理论。

他的理论又能导出粒子物理的标准模型（StandardModel），也就是对所有已知粒子和粒子间相互作用的量子理论表述。

现如今已经很少有人怀疑是否能用量子力学描述大自然。

2012年被称为皇冠上的明珠的希格斯玻色子（Higgsboson，被理论预言的一种粒子，能赋予其他粒子质量，是标准模型中的重要内容）被发现了，这标志着标准模型的预言已经全部得到了验证。

量子力学是现代化学和材料学的基础，它让我们造出计算机中的半导体、DVD放映机和电视机中的激光和发光二极管。

量子力学是毋庸置疑的，它描述了大自然如何运作，尤其是当我们试图描述微观世界的时候。

虽然量子力学在各个物理学领域中无所不在，但如何利用它来研究引力还是个谜。

电磁力可以相对直接地量子化，宇宙中的物质也都可以用量子力学来描述，可引力的量子理论仍旧难以捉摸。

这可能是近50年来物理学上最大的未解之谜。

把其他物理领域中百战百胜的逻辑应用到引力上却屡战屡败，所以当今引力的最优表述依然使用了爱因斯坦的经典理论。

这就有些尴尬了。

比如有些问题人们需要同时用量子力学和引力来处理。

举个例子——黑洞的中心。

我们已经讨论过黑洞是巨型恒星经过毁灭性坍缩形成的——恒星里的物质被引力压缩到密度极大。