四種基本作用力,其實(shí)都不能說成“力”,應(yīng)該說成“場”。首先我們熟知的引力相互作用,在廣義相對論體系下,它被解釋成時(shí)空彎曲,或者說成是帶兩個(gè)時(shí)空指標(biāo)的張量場。其次是三種已經(jīng)找到量子解釋的相互作用,它們更不是“力”,因?yàn)樵诹孔永碚摾?,無論電磁相互作用還是強(qiáng)弱相互作用,都看做是虛粒子在起作用。它們都可以分別用帶一個(gè)時(shí)空指標(biāo)和一個(gè)李群指標(biāo)的矢量場來描述。
電磁相互作用在宏觀層面,或者說弱量子效應(yīng)層面,體現(xiàn)為電場力和磁場力,二者作用于荷電粒子;在微觀層面,則是靠電磁場的量子——光子——以及電荷的量子——電子或者其他荷電粒子(比如說質(zhì)子等)——來傳遞相互作用的。弱相互作用和強(qiáng)相互作用只有量子描述,沒有非量子描述,強(qiáng)相互作用場的量子是膠子,膠子作用于自身和夸克,夸克會(huì)因?yàn)榈湍軕B(tài)而被膠子緊緊束縛在原子核內(nèi)。弱相互作用的量子是三種玻色子,它們的作用模式比較奇怪,因?yàn)檫@三種玻色子有質(zhì)量,會(huì)導(dǎo)致它們的相互作用存在嚴(yán)重的紫外發(fā)散,一般來說需要考慮對稱性自發(fā)破缺機(jī)制來消除紫外發(fā)散。但是這種消除只能在很高的能標(biāo)下才能進(jìn)行。當(dāng)然這是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的解釋,該模型本身就存在問題,所以一些物理學(xué)者企圖發(fā)展新的弱相互作用理論。
最后便是引力相互作用,前面三種相互作用是基于狹義相對論和量子理論構(gòu)建起來的,但是引力相互作用是獨(dú)立于狹義相對論的,目前還沒有完全證明就一定不存在狹義相對論性引力,但是大部分狹義相對論引力的嘗試都存在不能解釋的困難或者與實(shí)驗(yàn)不相符合的問題,加上廣義相對論被大量實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn),因此我們似乎只有“廣義相對論”這一條路可以走下去。當(dāng)然,如果哪天我們發(fā)現(xiàn)了既符合實(shí)驗(yàn)觀測又理論自洽的狹義相對論引力,那么廣義相對論可能就要退出物理學(xué)的舞臺了——目前看來這種可能性微乎其微。
廣義相對論還不能給出可以自圓其說的量子理論,也就是說,我們還不能用引力子這個(gè)詞語去描述引力。實(shí)驗(yàn)探索引力子還在持續(xù)中,如果能證明引力子的存在,那么我們就可以有把握地說,是時(shí)候建立量子引力了。
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