量子力学中 引力是由于虚引力子的交换形成的 求解 如何理解 讲通俗点 (量子力学中引入量子自旋这个概念是为了说明)

admin 2024-12-06 47 0

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量子力学中,引力是由于虚引力子的交换形成的,如何理解,求解?讲通俗点

物理学中,所谓“力”是物质的,我们也称之为“场”,就是看做抛接一个“飞去来器”,互相被背后“砸”了一下,看上去就是“互相吸引“了。

这个“飞去来器”其实就是你说的那个“虚引力子”,说它“虚”是因为这个过程中:1,符合动量守恒,互相吸引,凭空产生“飞去来器”,需要ΔpΔx≤h/4π,即在足够小的空间内才能产生。

2.符合能量守恒,所谓凭空产生这个这个本来没有的“虚粒子”,但ΔEΔt≤h/4π,即在足够短的时间内才能产生。

量子力学中 引力是由于虚引力子的交换形成的 求解 如何理解 讲通俗点 (量子力学中引入量子自旋这个概念是为了说明)

量子力学中的引力子

引力子,Graviton,又称重力子,在物理学中是一个传递引力的假想粒子(仍未知是否真正存在)。

两个物体之间的引力可以归结为构成这两个物体的粒子之间的引力子交换。

为了传递引力,引力子必须永远相吸、作用范围无限远及以无限多的型态出现。

在量子力学中,引力子被定义为一个自旋为2、质量为零的玻色子。

引力子是量子力学的产物,相对论和量子力学本身就存在冲突,所以寻找引力子成为调和量子力学和相对论力学的途径之一。

爱因斯坦在完成他的相对论后,就一直着手于建立统一场论,试图完成物理学的大统一,可惜那时候各方面的条件都不足,甚至那时候四大作用力只发现了两个,爱因斯坦最终以失败而告终,但是激励了后来的物理学家。

物理学中一共有四大基本力——强力、弱力、电磁力和万有引力;其中引力最先被发现,后来麦克斯韦把电和磁统一到了电磁理论中,四大基本作用力主宰着我们世界微观到宏观的一切,但是又存在明显差异。

爱因斯坦的相对论在描述宏观世界时非常成功,尤其是广义相对论把引力描述为空间的几何效应,解决了天体物理学的众多难题;爱因斯坦受此启发,也试图把电磁力几何化,但是没有成功。

在上世纪五十年代前后,强力和弱力相继被发现,更是激起了物理学家们对大统一理论的热情,要知道从万有引力到电磁力的发现经历了100多年的时间,而距离电磁力的发现已经有100多年了,每次新基本力的发现,都会让一位大物理学家名留青史(前者是牛顿和库伦)。

而这次物理学的机遇,留给了杨振宁和米尔斯,他们两人共同提出了杨-米尔斯理论,建立了大名鼎鼎的标准模型,标准模型在理论上完成了强力、弱力和电磁力的统一。

这三种力的统一都有一个特点,就是需要至少一种传递介子,比如电磁力的传递介子是光子,强力的传递介子是胶子,而弱力的传递介子是w玻色子和z玻色子。

标准模型一下子统一了三种基本力,可以说是取得了巨大的成功,那么标准模型的下一步,自然是想把万有引力也统一进来,可惜在相对论的领域上,标准模型似乎没有话语权;根据标准模型的描述,把传递引力的介子叫做引力子,定义为自旋为2,静止质量为零的玻色子,但是引力子目前只存在于理论中。

科学家使用各种精密的实验来寻找引力子,但是都没有成功,可能的原因是:引力子的频率非常低,波长非常长,所以引力子携带的能量非常低。

比如地球拥有巨大的质量,那么地球引力子的波长理论上有6光年,能量数量级为10^-42焦耳,如此微弱的能量,现有仪器根本无法探测到。

有人可能觉得,引力波都被证实了,难道不是间接证明了引力子存在吗? 当然不是,引力波是空间的涟漪,并不能说明引力子存在,好比在19世纪末,物理学家知道电磁波的存在,但是并不能说明光子存在,直到爱因斯坦正确解释了光电效应,才说明光子是存在的。

目前量子力学主宰着微观世界,而相对论在描述宏观方面非常成功,但是两者又存在不相容的地方,而对万有引力的描述是分歧之一,所以寻找引力子,成为调和量子力学和相对论力学的途径之一。

量子引力量子引力

量子力学与引力的描述在理论层面上面临着不兼容的问题,特别是在广义相对论中,时空曲率在某些极端情况下会变得无限大,形成微观尺度的奇点。

这就迫切需要一个统一的量子引力理论,它能解释黑洞内部及宇宙早期的复杂现象,其中引力的量子化表达与时空几何的描述必须相互兼容。

尽管物理学家们在寻找这样的理论上付出了巨大努力,已经有诸如弦论等候选理论出现。

弦论试图通过将引力纳入弦的振动来实现这一目标,但它在将额外维度紧凑化以解决引力问题时,遇到了困扰,低能区域的理论可以接受,但在高能区域则表现出不可重整化的特性。

另一个尝试是圈量子引力,它以自旋网络为基础,试图从不同的角度解决量子引力的问题。

然而,这种方法也存在挑战,如在三维空间引入额外维度,这导致了一些异常特性。

弦论的一个扩展,即超弦理论和超引力的统一(M理论),被认为是解决这些问题的一个可能途径。

它设想在十一维空间中融合广义相对论和超对称性,这有望构建一个完整且自洽的量子引力理论。

然而,这个理论还处于猜想阶段,其有效性仍有待进一步验证。

扩展资料

量子引力,又称量子重力,是描述对重力场进行量子化的理论,属于万有理论之一隅;主要尝试结合广义相对论与量子力学,为当前的物理学尚未解决的问题。

当前主流尝试理论有:超弦理论、循环量子引力理论、声学类比模型。

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