引力子的本质是什么（引力子的前身今世）
引力子的本质是什么（引力子的前身今世）自然界的四大基本作用力，包括强力，电磁力，弱力都被标准模型完美解释。标准模型这个大家庭早就欢聚一堂，其乐融融了。就唯独引力这个“游子”还不愿回归家庭的温馨港湾。毫无疑问，大一统理论最大的阻力就是引力。人类最早发现，也看似最简单的引力却无比特殊。为了保持一贯的通俗文笔，我会继续保持“如无必要，勿增公式”的写作方式。我们都知道，到目前为止，人类依旧没有找到自然界的万有理论。即便超弦理论是最理想的候选者，但却沦为数学上的伎俩，很难被实验证实！我强调一下：有的科学家认为大一统理论就是可以用单一现象解释引力以外的所有力学现象。而大一统理论和引力的融合才被称为万有理论。从爱因斯坦青年时期开始，大一统理论就被科学家提上议程，爱因斯坦后半生为了大一统理论也算是鞠躬尽瘁了。可很遗憾，直到目前为止，我们都未实现爱因斯坦的夙愿。当然在爱因斯坦那个年代，大一统理论也就是万有理论，因为那时候还没发现强和弱相互作用力
科学认识君的《通俗物理100课》系列
【第15课：引力子的前身今世】
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这几天，我的科普文章得到了大家的认可，看来大家还是喜欢这种拟人化的表述形式。
为了保持一贯的通俗文笔，我会继续保持“如无必要，勿增公式”的写作方式。
我们都知道，到目前为止，人类依旧没有找到自然界的万有理论。即便超弦理论是最理想的候选者，但却沦为数学上的伎俩，很难被实验证实！我强调一下：有的科学家认为大一统理论就是可以用单一现象解释引力以外的所有力学现象。而大一统理论和引力的融合才被称为万有理论。
从爱因斯坦青年时期开始，大一统理论就被科学家提上议程，爱因斯坦后半生为了大一统理论也算是鞠躬尽瘁了。可很遗憾，直到目前为止，我们都未实现爱因斯坦的夙愿。当然在爱因斯坦那个年代，大一统理论也就是万有理论，因为那时候还没发现强和弱相互作用力。
毫无疑问，大一统理论最大的阻力就是引力。人类最早发现，也看似最简单的引力却无比特殊。
自然界的四大基本作用力，包括强力，电磁力，弱力都被标准模型完美解释。标准模型这个大家庭早就欢聚一堂，其乐融融了。就唯独引力这个“游子”还不愿回归家庭的温馨港湾。
故事的开端从场论开始牛顿提出万有引力不久，就发现一个亟待解决的问题，那就是超距作用。他老人家也表示，自己是不愿意相信物体之间没有介质而隔空作用的。
可是牛顿那个年代并没有明确的场概念，于是牛顿引入以太来解决这个问题。在牛顿眼中，以太绝对静止，并均匀填充在宇宙中。引力正是通过以太来传播相互作用的，并且是瞬时的。
牛顿死后，人们发现了电磁力。在一块磁铁周围放许多小磁屑，会发现磁屑呈现出一种曲线形式，这也是磁力线的启发来源。
法拉第解释到，这表明在磁铁周围的空间存在一种均匀分布的场，磁铁对磁屑的作用正是通过这种场作用的。
这就是场论的最早思想。直到麦克斯韦提出电磁理论后，场论才得到科学界的重视。
当然，这时候的科学家还都认为场是均匀弥散在空间中的。其空间某点的场强度随着与场源距离的拉大而减弱。
以上都是经典的场论思想。直到爱因斯坦，经典场理论才过渡到量子场论。
经典场论和量子场论的根本区别在于：量子场论并不认为场是均匀分布的，而场是不连续的，其数值取分立值。比如，经典场论描述连续空间的场强度可以表示为1、1.00...1、100...2，其数值就是实数的连续表达。
而量子场论却只能在量子的基础上取分立值。如果量子用2表示，那么场的表达就是2、4、6...等。因为能量的不连续决定了场的不连续。
量子场论又经历了两次大落和一次困境。
量子场论的两次大落已经被解决，而现在的最大困境就是无法解释引力在爱因斯坦中年之前，科学家们仅知道自然界存在两种力，一种是引力，另一种是电磁力。
当时科学家第一次用量子场论解释电磁场。认为光子是电磁力的传播子，而光子就是被电磁场激发出来的。
我们现在已经知道，四大作用力都对应一种场，而每种力还都有一种传递力的介质粒子，也就是传播子。每种力的传播子是在该力的场中激发出来的。
在1920年的时候，科学家还没有发现强弱相互力。那时候科学家仅想着统一引力和电磁力就行。在爱因斯坦眼中，引力的传播速度已经被广义相对论预言了，那就是光速。引力和电磁力的速度都是光速，而电磁力有电磁场，传播子有光子。引力也有引力场(引力场是时空曲率的表征形式)，但怎么就找不到引力子？引力子和光子有什么内在联系？爱因斯坦深信既然引力和电磁力对应统一的光速，那么它们之间势必存在内在联系。可是这个问题直到他离世都没有解决。
这个问题就一直搁浅着。
量子场论一开始就是为了解释电子与光子的相互作用而提出的，而光子的吸收和激发都是一份一份的量子形式进行的，所以电子和光子的场论也必须在量子力学的框架中统一起来。
不确定性原理告诉我们：电子总是在不断的运动。运动的电子就造成了电磁场的存在。而电子总是会自发辐射出能量，这个能量通过质能方程转化成光子。就这样，科学家很好地将光子，电子，电磁场统一结合起来。
直到20世纪六七十年代，科学陆续发现了强弱相互作用力。
为了使量子场论自洽，科学家建立起来规范场论，不仅解释了强力和弱力，还把电磁力拉了进来。值得一提的是，杨振宁在建立规范场论时做出了决定性贡献。
根据规范场论，我们知道夸克之间的强力靠胶子传播。电磁力靠光子传播，弱力靠W和Z玻色子传播。不管是胶子还是光子还是W和Z都属于玻色子。
按照量子场论的标准模型，既然大家都是力，凭什么你引力就搞特殊。其他三种力的相互作用，传播子都被标准模型完美解释，那引力没必要还藏着掖着的。
于是科学家预言了引力子的存在，并且它属于玻色子的一种。
到现在，科学家才认为引力子或许和希格斯场有关希格斯场是一种能量场，这种场的振动产生了希格斯玻色子，也就是上帝粒子。有些粒子本来不具有质量，正是由于希格斯场的存在，才让某些粒子获得了能量，这种能量又转化成粒子的质量。比如传递弱力的W和Z玻色子的质量就来源于希格斯场。随着我们对希格斯场和上帝粒子的进一步研究，或者就能搞清引力子的本质。
有的读者会说，既然引力在广义相对论中被解释为时空弯曲是完美的，为什么还需要融合到量子力学中呢？把引力归相对论管，把其他三种力归量子力学管，井水不犯河水就行。
其实大一统理论不仅是人类的美好预期，其中还可能潜藏着巨大的秘密。纵观物理学史，对立的事物总是隐含着统一。如果当年牛顿当年把行星的椭圆轨道和苹果落地看成是两个独立的事情，那么万有引力理论还会被发现吗？电与磁曾经也被当做是两个独立的自然现象，最后也不是被认为同一种事物的两种表达形式。
其实，弱相互作用和电磁力也是统一的，这就是电弱理论。能量低的情况下，电磁力和弱力差异很大。可如果在高能量情况下，电磁力和弱力就统一成电弱相互作用力。
物理学的每一个分裂必然蕴藏着更大的统一
量子力学和相对论并肩为现代物理学。而引力无法被纳入到量子力学中，这也导致现代物理学无法自洽。这个问题的解决必然导致物理学在更高层次上的统一。
