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量子引力的本质是粒子和时空相互作用

牛顿将引力看成是物体与物体的相互作用,引力是物体自身的一种属性,将牛顿的引力进行量子化,我们得到了“量子引力”概念,量子引力是基本粒子与基本粒子的相互作用。爱因斯坦将引力看成是物体与时空的相互作用,引力是时空弯曲的一种属性,将爱因斯坦时空弯曲进行量子化,我们得到了“量子时空弯曲”概念,量子时空弯曲是基本粒子与量子时空的相互作用。物质的形态和种类、物体的化合物和混合物多种多样,千差万别,物质形态和种类的差异性与物体的引力、或与物体对时空的弯曲没有关联,分子和分子、原子和原子的差异性不影响引力的属性,引力只与物体的质量和质量的分布有关,引力的无差异性决定了产生了引力的物质的无差异性,而无差异形态和种类的物质只能是基本粒子。从引力的“无差异原理”和从物质层次理论推测了基本粒子的存在,两种途径符合哲学方法论的“等效原理”。从分子和分子、原子和原子的差异性不能产生无差异性的引力,应该存在比分子和原子更低物质层次的粒子,无形态、无种类差异的粒子是物质基本粒子,它们产生了量子化引力。

物理学家从量子力学和量子场论论的角度提出了引力量子化的问题,我们从科学哲学的“引力无差异性原理”来检验引力量子化的可能性。量子场论导致了“引力量子化”、或“量子化引力”,对引力无差异现象的哲学分析导致了同样的结果,量子引力场论和量子引力哲学符合哲学量子论的“等效原理”。引力和光子一样,它们表现为一种普遍存在的宏观性,实质上则反映量子世界的特征,基本粒子和基本粒子、或基本粒子与量子时空的相互作用产生量子引力。引力的量子化产生量子引力,同样,引力场的量子化产生量子引力场,用数学的语言来描述,引力和引力场的“微分”产生量子引力和量子引力场;反之,量子引力和量子引力场的“积分”产生引力和引力场。我们能够观测地球和月球、地球和太阳之间的引力作用,如果没有天体的引力作用,那么月球在离心力、或惯性力的作用下将会飞离地球,地球在离心力、或惯性力的作用下将会飞出太阳。天体物理学家多次观测到黑洞和星系的形成,黑洞质量和星系尺度的引力是黑洞和星系形成的主要驱动力。

“量子引力”在四种自然基本力中是最弱的,如果将四种基本力的强弱按哲学“等效原理”进行数量级的排列,那么当量子引力的大小为1个单位时,弱力为10的25次方,电磁力为10的36次方,而强力为10的38次方。比如:在电子和原子核之间存在电磁力和引力的作用,其中的引力弱到可以忽略不计的程度,两者之间的电磁力相当于引力的10的36次方倍,电磁力决定了电子在原子核周围的旋转运动,就像太阳的引力决定了地球在太阳周围的旋转运动一样。科学家用最精密的激光干涉仪来搜索量子化的引力波,他们却找不到一种检测量子引力的方法,这是因为直接探测量子引力比直接探测引力波困难得多,量子引力的微弱性超出了科学家的检测能力。虽然从量子哲学的引力无差异原理和量子场论的“两条路径”都能预言量子引力,但是,猜想和预测量子引力的存在属于理论思维,而直接探测量子引力的存在则属于物理实验的范畴。预测和检验引力波与预测和检测量子引力符合哲学属性论的“等效原理”。

爱因斯坦的科学思想存在一种悖论,他预测了引力波的存在和属性,却没有预测量子引力的存在和属性,为了克服爱因斯坦引力哲学的悖论,科学家有必要引入量子引力的概念,量子引力和引力波符合物理学“波粒二象性”的描述,量子引力对应了微观的粒子性,而引力波对应了粒子的波动性。爱因斯坦用十分完美的“光电效应”实验完成了粒子性和波动性的“大统一”,将从牛顿时代开始的粒子性和波动性的历史争辩画上了句号。爱因斯坦理论体系的“诡异性”之一在于他没有“顺其自然”地引入量子引力的概念,似乎将量子引力奥秘有意留给之后的物理学家,然而,引力的量子化至今依然是物理学的“老大难”问题,而“破天荒”地解决这一物理难题的价值和意义不在“暗物质”和“暗能量”问题之下。物理学家通常认为,只有通过量子场论才能寻找量子引力的源头,物理学家的使命是将广义相对论和量子力学融合起来。通过哲学物理论的“等效原理”,我们同样可以在牛顿万有引力的基础上去寻找“微观引力”、或“量子引力”的来源,将万有引力理论和量子力学结合起来。牛顿发现了宏观引力,他没有从微观上探讨引力的起源问题,如果引力是物质之间的吸引作用,那么如何在微观世界找到分子和分子、原子和原子的引力?如何找到基本粒子和基本粒子的引力?

牛顿将宏观引力的本质解释为物体和物体的吸引作用,而爱因斯坦将引力的本质解读为物体和时空的相互作用,物体之间的吸引是一种“引力”,而时空弯曲对物体的作用力是一种“斥力”、或压力,两种理论对宏观引力的解释有本质的不同。牛顿和爱因斯坦都没有预测和引入“量子引力”的问题。什么是量子引力的本质?从科学和逻辑哲学的观点来看,有描述量子引力本质的两条路径,第一种是“牛顿路径”,量子引力的本质是基本粒子与基本粒子的吸引作用;第二种是“爱因斯坦路径”,量子引力的本质是基本粒子与量子时空的相互作用,基本粒子之间的吸引是一种“量子引力”,而量子时空弯曲对基本粒子的作用是一种“量子斥力”、或“量子压力”。哲学家没有专门的科学理论和科学手段来研究量子引力的载体问题,而寻找量子引力的载体是未来物理学家的主要使命之一,“后爱因斯坦时代”的物理学家将量子引力的载体定义为“引力子”,从现在到未来,我们期待物理学家找到一个问题的答案:“引力子”在什么地方出现?它也许是一部分基本粒子的属性,比如:费米子产生相互吸引,而波色子不能产生相互吸引;它也许是一个独立存在的粒子,就像光子和电子是独立存在的粒子一样。按照“爱因斯坦路径”的理解,似乎不需要假定“引力子”的存在,量子引力是一种“假像”,就像引力只是一种假象一样,它的本质是基本粒子和量子时空、或者基本粒子和“时空粒子”的相互作用。


(宇哲手稿:邓如山

时间:2019-1-22)

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来自:黄元章dk9nvwne  > 科技艺术
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