人类科学的发展过程,实际上就是不断突破各种局限性的过程。任何时代都有一定的局限性,人们的思维总是会被局限性束缚,从而很难取得突破。而科学总是朝着更加普适的方向发展,在突破一个又一个束缚之后,人类科学才能不断向前发展。
但是,牛顿也明白,万有引力也有“致命弱点”,牛顿无法解释引力到底是如何产生的,也就是说牛顿不知道引力的本质到底是什么。
以牛顿所处的时代来看,想让他发现引力的本质确实有点强人所难。刚才说了,任何时代都有一定的局限性。牛顿固然伟大,但他也摆脱不了时代局限性的束缚。
而爱因斯坦提出的广义相对论更加普适,不但在弱引力场下适用,同样也适用于强引力场。牛顿提出的万有引力定律只是广义相对论在低引力场下的近似值,是个特例。日常生活中我们很难经历强引力场,所以万有引力定律仍旧适用。
科学家只有在描述大型天体的运动规律时,才会用到更精确的广义相对论。
不过,引力并不是自然界中存在的唯一作用力,除了引力之外,还有一种基本作用力,电磁力。
一开始,麦克斯韦方程组很复杂,拥有多达20多个方程。经过后人不断努力,最终简化为四个方程,也是我们在课本上学到的麦克斯韦方程组,非常简洁,也很优美。
电和磁得到统一之后,科学家们把电磁力看做又一种基本作用力。那么电磁力和引力之间有没有什么关系呢?
数学家希尔伯特曾经在1915年给爱因斯坦写过一封信:麦克斯韦方程组在数学上可以看做引力场方程的延伸,电磁力和引力本质上应该是一种力。
看到这封信之后,爱因斯坦受到了很大鼓舞,之后一直致力于统一电磁力和引力的研究,试图在两种基本力之间搭建一座桥梁。
但是直到爱因斯坦1955年去世,他也没有完成这个壮举。这几十年期间,爱因斯坦试图用几何的方式统一引力和电磁力,正像他用同样的方法创建广义相对论那样。爱因斯坦试图把电磁场和四维时空放在一起组成五维时空,用高维度时空的方式统一引力和电磁力,但这种方式总是会在最后出现违背常理的情况。
与此同时,科学家们又相继发现了其他两种基本左右力,强力和弱力。至此,科学家们发现了四种基本作用力。
20世纪中叶,在李政道和杨振宁创建的宇称不守恒理论的启发下,科学家们预测弱力和电磁力本质上是同一种力,只是表现形式不同罢了。
在狭义相对论和量子力学的基础上,电磁力与弱力终于得到了统一,量子场论就是在此基础上诞生的前沿理论。
科学家们通过创建粒子标准模型,统一了电磁力,强力和弱力。标准模型中,这三种基本作用力都是通过媒介子来传递的。电磁力通过光子传递,强力通过胶子传递,而弱力通过玻色子来传递。
在标准模型体系下,科学家们大胆提出,引力也应该会通过某种媒介子来传递,并把这个媒介子命名为“引力子”。如果能够发现引力子的存在,意味着四大基本作用力将会完全统一。
于是科学家们通过各种方式试图找到引力子存在的证据,但一直都没有找到。
有人可能会说,爱因斯坦的广义相对论已经表明了引力的本质是时空弯曲,为何还要寻找假设的引力子呢?
广义相对论对引力本质的描述更多的体现在宏观上,是一种宏观效应。而标准模型下的引力子是通过微观作用诠释引力的本质,两者并不冲突,只是从不同的角度分析引力的本质。