引力

【摘要】通過對物質(zhì)質(zhì)量，量子世界的種種性質(zhì)推測出類似希格斯玻色子的存在，且根據(jù)性質(zhì)進一步推導出符合引力產(chǎn)生的較為完善的模型。

【關(guān)鍵詞】引力希格斯場理論弦理論量子力學量子色動力學

引言

在目前物理世界的發(fā)展中離不開的是事物發(fā)展，產(chǎn)生，作用的因果性，這是什么意思呢，電磁力的產(chǎn)生源自于電子本身具有電荷這一元素，于是通過對電荷性質(zhì)的分析，總結(jié)出了同性相吸異性相斥的規(guī)則，這樣的原理是基于最基本的觀察實驗，而最離不開的是背后的邏輯性，因為存在電荷這一能量，并且空間可以傳遞這種能量，所以他們在實驗時候能夠形成一種系統(tǒng)性的規(guī)律。然而，在自然界中又存在著另一種東西，他們也被規(guī)律的理解分析，并隨之形成理論，那就是質(zhì)量，以及其對應的規(guī)律——萬有引力，可是這背后的邏輯則相對模糊，我們只知道質(zhì)量存在就一定會帶來引力，并且引力可以在空間中傳導，可是為什么能夠存在并且傳導呢？這個問題則太過困難和猜測，在數(shù)個世紀以來都沒有人能夠解開謎題，人們只知道自然界能夠存在這樣的東西，有著從目前來看相對穩(wěn)定的規(guī)律，在目前來看，科學界的所有觀察都不能直接觀察到引力，倘若一直這樣發(fā)展下去，真的會存在某種突破嗎，我們對此抱有著很深的疑問。

所以在某天，我突然對引力產(chǎn)生了極大的興趣，我們發(fā)現(xiàn)了一個問題，科學的發(fā)展離不開兩件事，做實驗，形成理論，有時先通過實驗然后創(chuàng)造出了理論，有時是先提出理論再通過實驗驗證，所以我就在想，能否通過目前已有的數(shù)據(jù)加上一些大膽的假設(shè)，從而使引力得到證明——這種方式有一個漏洞就是沒辦法通過最直觀的數(shù)據(jù)證明假設(shè)的正確，甚至需要人閉上雙眼將所有結(jié)論通過邏輯來使之合理起來，而幸運的是，在這條困難重重的道路上，我們終歸走到了最后。

正文

如果假設(shè)空間并不是如相對論所描述的那樣，光速也好，引力也罷，在空間中并不能起到任何的創(chuàng)造，引發(fā)力和場，而是在空間和物質(zhì)之間，仍然存在著一種粒子，它們微小且不引人注意，但是充斥著每一寸目前已經(jīng)觀察到的空間中，而在這種粒子的作用下，引力也好，光速限制也好，甚至同樣包括核力，都是基于這這種神秘粒子的作用而隨之形成傳導的，那樣結(jié)果又會是怎樣？

在量子色動力學中，將一枚質(zhì)子分為了以下幾種成分：上下夸克，膠子，上夸克質(zhì)量為1.5到4Mev/c二次，電荷為2/3e，下夸克質(zhì)量為4.5到5.3Mev/c二次，電荷量為-1/3e，膠子在這一過程中起到了傳遞能量的作用，而質(zhì)子的構(gòu)成是兩個上夸克和一個下夸克，且其質(zhì)量大小為938Mev/c二次，通過最簡單的加減計算就能夠知道兩個上夸克和一個下夸克質(zhì)量和甚至都沒有質(zhì)子質(zhì)量的2%，而剩下的質(zhì)量部分來源于哪里呢？還有包括夸克禁閉等現(xiàn)象，無不是極為難以去理解和規(guī)范化的現(xiàn)象。而依據(jù)我們的假設(shè)，空間中存在著神秘粒子引起且傳遞能量，那么在微觀粒子的研究中就會有全新的和以往完全不同的結(jié)果。

首先根據(jù)目前的量子色動力學對質(zhì)子結(jié)構(gòu)的研究，一個質(zhì)子由兩個上夸克一個下夸克組成，并且其實際質(zhì)量遠沒有達到構(gòu)成一個質(zhì)子所需要的質(zhì)量大小，且在粒子碰撞過程并未發(fā)現(xiàn)其他粒子，于是我們推斷，在空間中可能充斥著某種粒子，并且會在兩個上夸克和一個下夸克構(gòu)成著質(zhì)子這一過程中，起到了決定性的作用。這一過程就是強相互作用。

在目前的物理學四大基本力中，以一個旁觀者視角可以輕松總結(jié)出來他們?yōu)槭裁幢环Q之為基本的原因——一是沒人理解這些力的能量來源，還有就是他們的作用范圍，這些都和以前的經(jīng)典力學不一樣，那就是，他們都是并非通過直接接觸而傳遞能量，而共同般的擁有著某種超距般的效應，這里的超距是指不通過任何接觸而能夠?qū)崿F(xiàn)能量交互，而這一能量，信息的傳播速度，極限就在于光速。也正是因為沒能在這些個過程中找到予以解釋的中間粒子，所以相對論才會固執(zhí)的相信是空間導致了光速的固定，然而我們對這樣粒子的猜測，部分來源于現(xiàn)代物理發(fā)展的兩個理論的分支，分別是弦理論以及希格斯場理論。

弦理論的觀點認為世界是基于普朗克常量所表示的一段段小鉉所構(gòu)成，這意味著一種極端的波—鉉的理論，在這個理論下，世界的所有都物質(zhì)都只能被視為一段能量，宇宙中不存在任何的實際的粒子，任何的一切都只是一種過程。希格斯場則是認為空間中存在著某種自旋為0的粒子，充斥著宇宙，并構(gòu)成著宇宙整體的運轉(zhuǎn)，但是這一觀點幾乎無法被證明，因為目前科學對微觀的觀察是基于對事物的變化的過程觀測，然后形成報告，而希格斯場的定義假設(shè)成立，那么就意味著希格斯粒子是構(gòu)成宇宙的基礎(chǔ)，是在宇宙之中相比于我們能夠觀測到的一切更加穩(wěn)定的存在，是構(gòu)成這我們熟知世界的基礎(chǔ)，我們沒辦法去找到比這更加穩(wěn)定的例子去證明這一觀點，如果打一個形象的例子，那就是相當于我們整個人類都生活在一個電子秤枰上面，而我們認為的手段比如通過對量子級的光波觀察等等行為，雖然在小規(guī)模的改變了他們的動量大小，但是實際總的系統(tǒng)里面是沒有發(fā)生改變，除非我們通過核反應等真正改變物質(zhì)質(zhì)量的手段，否則一切的過程都沒有可能去改變?nèi)祟愓w在電子秤枰質(zhì)量稱重。（這一部分牽扯到后面對核反應及其結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建，難以在這個理論下的詳細解釋）

這兩種理論，在我們這對于那一種神秘粒子的測量里面則是起到了至關(guān)重要的作用，在弦理論中，普朗克常量的大小被應用在測量具體的每一個小的鉉的質(zhì)量大小，而這一個個小小的鉉，在我們理論中即代表著這一神秘粒子他們的計算公式，同樣遵循愛因斯坦的方程E=mc平方，且當此時，E的值可以近似為普朗克常量h，c為光速，經(jīng)過計算后這一神秘粒子的質(zhì)量就約為0.736*10的五十次方千克。

在希格斯場理論中，我們則是要運用他的場理論，假設(shè)空間中均勻存在著希格斯粒子，根據(jù)目前天文學觀測到的結(jié)果，宇宙的實際邊界大約是實際觀測到邊界的7到8倍這一理論，推測宇宙的主體趨向于擴散，也就是宇宙主體是以釋放這一粒子從而構(gòu)成相對論所描述的空間，而在構(gòu)成相對論所涉及的空間概念后，光速限制對這片空間才存在一定的意義。上述只是一種介紹，對我們所研究環(huán)境沒有任何意義，將希波利斯場融入目前的物理研究中，意義就如下：光子，膠子，甚至可以包括所有的穩(wěn)定玻色子，本質(zhì)都來源于同一種微觀粒子，都可以是空間能夠以光速傳遞能量，信息的根本，這樣需要滿足三個條件，一是對玻色子的理解，它究竟是什么，二是對傳遞的這一過程的描述，為什么這一過程幾乎不消耗能量，第三點就是讓我們傳統(tǒng)理解的光子和膠子，能夠向著希格斯場理論方向證明。實際上通過這三點的描述，結(jié)果是能夠說通的。

第一點，玻色子，玻色子統(tǒng)指自旋為整數(shù)的粒子，區(qū)別于自旋為半整數(shù)的費米子，在我們這里由于研究的是基礎(chǔ)粒子所以排除那些由于原子核為偶數(shù)核子所形成的玻色子，除此之外的玻色子，大致包括光子，膠子，介子，以及希格斯粒子，還有未被證實的引力子。在這之中，又因為膠子的觀測條件極為困難，甚至到了幾乎無法觀測只能通過理論預測的情況，介子則是因為其半衰期太短，結(jié)構(gòu)更是復雜，所以最終要詳細說明的，就是光子。

光子是一種自旋為1的玻色子，主要意義在于傳遞能量和信息，然而這樣的東西在目前的科學水準中甚至不能確認其質(zhì)量，這意味著我們即便能夠通過光電效應的實驗確定其粒子性，但是在量子實驗里卻根本無法測量其質(zhì)量，但是能夠測量其運動時的動量。對于光子質(zhì)量的計算，即便是最為宏觀性的太空中的磁效應進行的實驗，仍舊只能得到關(guān)于其質(zhì)量的上限，更別提這種以宇宙性宏觀實驗中可能存在的種種誤差會進一步弱化結(jié)果，而根據(jù)上面說過的弦理論，我們推測光子質(zhì)量等同于希格斯粒子質(zhì)量，只是相比較于希格斯粒子，光子由于其能在運動中被觀測，測量，所以其總能量應該為E=mc平方+|pv|，其中pv為光子轉(zhuǎn)動動量的能量數(shù)，而這一結(jié)論也同樣符合”光子的靜質(zhì)量為0“這一目前普遍結(jié)論，因為在光子沒有運動的時候觀測不到，同樣在側(cè)面證明光速固定由空間限制的不合理的地方——因為當此時其合速度是超過光速的，對于這一點，目前的理解是空間限制的是速度而非速率，也就是說，目前說法是空間限制的是傳播速度而非具體的運動速度大小，這點同樣符合下面的驗證。

第二點，傳遞的過程，這也是我們在論證光子和希格斯場理論的關(guān)鍵點，假如光等種種粒子傳遞是一種比目前觀察之下還要微觀的粒子性行為，那么重點就需要闡明這一過程為什么能夠?qū)崿F(xiàn)傳遞過程中不消耗能量，否則無法于實際客觀事實相匹配，這點可以將環(huán)境視為空間狀態(tài)之后，電場引力場之類發(fā)生之前的希格斯場狀態(tài)，此時沒有能量支撐，空間中宏觀均勻存在著希格斯粒子。

而在均勻條件下，光呈一種穩(wěn)定且無消耗的傳遞，這一過程，將會用到經(jīng)典力學廣為人知的，也被人認為是最不實用的定理，動能定理。

在動能定理中，實際在建立等式時，必須要同時將碰撞前的結(jié)果和碰撞后的結(jié)果都觀測和收集到，并且在這其中無可避免會產(chǎn)生誤差，甚至相同的物體在給予了不同初始能量后，公式的結(jié)果都會發(fā)生改變，結(jié)果只能觀測而無法控制，為什么，因為在宏觀實驗中，物質(zhì)的碰撞無疑會受到超乎想象其他外在的影響，例如四大基本力，都可能在實驗進行中成為誤差，這時候?qū)嶒灡举|(zhì)就無法真正標準化，完善化，更加無論通過某種定理去證明什么。但是，在極微觀的條件下，也就是希格斯場描述的情況下，這個定理則在對光速限制源自其粒子性限制的證明有著很大的作用。

在高中時候，我們在學習動量時有時會遇到這樣的問題，一個運動的小球去碰撞著相同質(zhì)量的小球，其中能量在理論上可以實現(xiàn)完美的能量交互，在這個題目里面強行設(shè)定小球的穩(wěn)定性不會發(fā)生變化，以及外界環(huán)境的無外力干擾，將之帶入到現(xiàn)實中，宏觀中外力的干擾源自于四大基本力，那么，在這個理論將說明的就是這些不直接接觸的就能作用的力并非是真的沒有接觸，而是以一種不易被觀察到的方式接觸并產(chǎn)生相應的作用。在這個前提下，外界環(huán)境無干擾條件能夠達成，其次，而對于其光速的一定，并不是證明粒子運動的速度只能達到光速，而是說明在神秘粒子本身不被增加也沒有減少的條件下，相對固定的流動速率是光速，其中對于相對固定速速度的推導過程需要考量的具體模型很多處于較為模糊的狀態(tài)，但是這個整體如果用一個比較容易理解的例子來說明，可以把光速類比于聲音在均勻穩(wěn)定空氣下的傳播的速度，聲速并非是空氣中能達到的速度極限，而是在空氣本身數(shù)量沒有改變時聲音達到的速度大小，永遠不可能超過聲速本身，但是，這并不意味著目前人類就不能創(chuàng)造出超過聲速的飛行器，當螺旋形，噴氣性加速器被設(shè)計出來時，人們就存在了超越聲速的可能性，同理，當人們意識到'氣'的存在時，人們才能真正做到超越光速的可能性，對于超光速飛行器設(shè)計，我們會放在文章最后的理論實用部分闡述。另外，目前通過大型碰撞機碰撞電子和質(zhì)子為什么不能夠超過光速呢？我們將原因歸結(jié)在其擁有的一個因素上，那就是電荷，在這套體系中我們能推測，電荷產(chǎn)生能量是需要一個系統(tǒng)性的過程，而無論質(zhì)子還是電子本身都反映了他們和外界的能量交互作用，這就好像在空氣中將一個不完全封閉的飛行器加速到聲速之上，基本是一件不可能實現(xiàn)的事情，當臨界聲速時受到的外界“空氣阻力”會變得極大，在微觀中，電子或質(zhì)子被加速時的電磁力的大小以及計算結(jié)果也能夠反映這個理論的真實性，電荷的產(chǎn)生原理會在后面的章節(jié)中予以建設(shè)。

實際這三個條件的證明在上面就已經(jīng)有所涉及了，就是由希格斯粒子向著光子變化，這就需要我們重申對于希格斯粒子的定義，希格斯粒子是一種自旋為0的粒子，同時我們還通過弦理論估算了他的質(zhì)量大小，但實際我認為他應該是不能被觀測到的，這點區(qū)別于歐洲對撞機結(jié)果之后所產(chǎn)生的實驗報告，在該報告中提及已經(jīng)觀察到希格斯粒子，但是在這篇文章中你會理解，假設(shè)微觀量子能夠被觀察到的，只可能是光子，因為目前的科學找不到比希格斯粒子更加穩(wěn)定的存在，也就是說無論通過什么樣的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，都是在使用能量以后才會有的結(jié)果，希格斯粒子本質(zhì)則是沒有發(fā)生運動時的粒子狀態(tài)，所以也存在可能去創(chuàng)造觀測到近似于這一概念的粒子，但卻是觀測不到的才能被稱為希格斯粒子。

在上文論述的種種，都是為了證明這種神秘粒子的存在合理性，其中無論使用弦理論還是希格斯粒子場理論，都是套用其中部分的概念，對于文章中可能存衍生的更多的概念，也可能與這兩種理論中存在偏差。順便一提，在目前科學界其實存在著符合這一粒子數(shù)目的純粹宏觀定義，除了引力之外，在天文物理學對物質(zhì)成分的計算中有所體現(xiàn)，這種神秘粒子也被稱之為——暗物質(zhì)。

現(xiàn)在我們能粗略猜測空間或許真的存在某種極為微小的物質(zhì)，其傳遞過程引起了那些不通過直接接觸而造成的力，這種不直接接觸是說明目前科學的沒能觀察所導致的，并非說明在邏輯和我們的理論上這是不接觸的。那么下面要證明的，就是引力的產(chǎn)生模型了。

首先，我們需要將引力分成兩個概念，常規(guī)引力以及非常規(guī)引力，常規(guī)引力，它的大小由質(zhì)量除以距離的平方，這點用圖像來表示如下，而后面的水池里的漩渦則是表示這一公式在這套理論下的具體體現(xiàn)，可將質(zhì)量視為導致這一漩渦轉(zhuǎn)動的根本，且由于粒子的穩(wěn)定性等多方面的考慮使得引力在傳遞的過程中相對平穩(wěn)而又合理。而后的問題就是，為什么質(zhì)量能夠產(chǎn)生引力？

萬有引力公式

引力計算公式模型化

人類是如何測量質(zhì)量的呢，在歷史中，我們往往通過找到相對穩(wěn)定的易得到的事物來確定一個相對的概念，最后使用這個相對的概念來測量種種不同的事物，在宏觀中有從兩，斤，再到后來的克，千克這一轉(zhuǎn)變。在微觀中同樣有通過對碳的相對原子質(zhì)量來制定微觀質(zhì)量的標準，就是因為碳12的原子質(zhì)量相對穩(wěn)定，所以其構(gòu)成一種穩(wěn)定的標準。雖然鋪墊了這么多，但在文章的后面，我們又會突然將話題引入一個看似完全不相干的領(lǐng)域里面，那個領(lǐng)域叫量子力學。

上述的種種假設(shè)下，我們已經(jīng)能夠粗步推斷光子可能是由動量加上希格斯粒子從而構(gòu)成的一種粒子，在這個基礎(chǔ)之上，新的問題伴隨產(chǎn)生，那就是量子領(lǐng)域的粒子除極限狀態(tài)下，大多處于觀測到的粒子呈隨機性這一點。

這里的隨機性并非粒子運動完全的隨機，而是指除極限狀態(tài)下量子運動與宏觀相匹配外，其余狀態(tài)下運動規(guī)律存在某一定不完全確定的范圍中，這一點構(gòu)成了量子力學的隨機性，那么這種隨機性是如何產(chǎn)生的呢？于是就有了下面的一個假設(shè)：假設(shè)這一神秘粒子在充斥空間的過程中并非完全的靜止，而是以一種無限不規(guī)則運動的方式做著運動的話，也就是神秘粒子具有著流動性，那么在微觀世界觀測時的隨機性，就足夠做出理由。

這一點超乎想象的大膽，但對于我們接下來的證明非常重要，因為需要外界環(huán)境本身具有了流動性，才能在碰撞時源源不斷的提供能量支持，這是后話了，先來說說流動性的證明，證據(jù)就在于假設(shè)按照相對論的空間理論，且空間是真空存在的，那么實際微觀里的一切也應該按照其設(shè)計，規(guī)定的那樣合理且又有序的進行，不會存在任何誤差以及精確化以后的結(jié)果的隨機性，然而存在，就我們的理解就是存在某種東西并不顯眼的影響著微觀粒子運動。如果說第一個證據(jù)是基于微觀事物的觀察得到的，那么第二個證據(jù)則顯得更為直接卻有些超乎想象，那就是引力。

在文章的開頭部分解釋過，對于質(zhì)子結(jié)構(gòu)的研究，沿襲量子色動力學，也就是一個質(zhì)子是由兩個上夸克一個下夸克所組成，且其質(zhì)量之和并未達到一個質(zhì)子的質(zhì)量，于是我們花了很長一段去說明一種神秘粒子存在，作用的合理性，并且同樣的，將會假設(shè)在強相互力的作用下，這些神秘粒子和上下夸克一起成為構(gòu)成了質(zhì)子的質(zhì)量，并且維持了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。以此，質(zhì)量的概念才得到明確。而后又通過目前量子世界，光子的種種觀察結(jié)果進行對神秘粒子進行更深一步的探討

當種種條件都已經(jīng)滿足以后，我們就可以完整的解釋常規(guī)引力產(chǎn)生的模型了。首先，質(zhì)量由于上下夸克以及神秘粒子組成，在這里僅以一個質(zhì)子一個電子的氫原子為例，由于原子核中神秘粒子“濃度”過高，在加上外界環(huán)境神秘粒子的流動性，所以在這一過程中無可避免的會產(chǎn)生一種“壓強”，這種“壓強”，但是這種“壓強”大部分在強相互作用下被抵消，這時候可以將質(zhì)子視為一個穩(wěn)定的球形，可是這個時候面對一個穩(wěn)定的球體，一個不被注意的力悄然形成，那就是神秘粒子的無限不規(guī)則流動，這點在微觀中同樣不顯眼，但是在宏觀層層堆積下，從而在最終形成引力，理所當然的這種方向朝著宏觀的圓心方向。

最后，就是在上面定義的非常規(guī)引力的產(chǎn)生模型了。這點多是體現(xiàn)在天文物理學上，比如重力約束下的太陽，源源不斷的釋放能量卻也沒有四分五裂，再比如黑洞的形成或者恒星的爆炸。在非常規(guī)引力下同樣有著獨特的界定，那就是是否超出外界環(huán)境的約束條件，比如說太陽，就是內(nèi)部反應沒能超出外界環(huán)境的限制的典范，那么為什么太陽沒有四分五裂呢，我們假設(shè)是：由于核聚變反應釋放出來的能量，實際是一種粒子，這種粒子在被釋放的過程中造成了較高粒子密度，此時原子核外的可能形成了一種偽強相互作用力，并且維持著一種平衡。

當然了，這種解釋需要的證據(jù)非常多，還需要的證明條件在這篇文章中沒有體現(xiàn)，最主要的就是強相互作用的原因究竟是什么，還有就是如何去證明上述的太陽的反應進程，現(xiàn)在有的只是對天文現(xiàn)象的基本描述，目前這篇文章中單單假設(shè)了空間中存在的，類似希格斯玻色子的東西，并根據(jù)現(xiàn)象推出結(jié)果，但僅僅是這些并不能完成對強相互作用力的推導，如果形象點說，在拼湊著通往一條可能為物理最終解的道路還需要對一樣東西的討論構(gòu)建，所幸對于另一個拼圖的描繪已經(jīng)很接近完整的被發(fā)掘了。

雖然我們將非常規(guī)引力定義，但是真正能夠解答，必須要在強相互作用力結(jié)束之后才能夠滿足條件，所以文章到這里就迎來完結(jié)，希望能夠通過審核：-）

【參考文獻】

[1]s.溫伯格．《引力論和宇宙論》．

[2]佚名. 希格斯玻色子[J]. 現(xiàn)代物業(yè)(上旬刊), 2013(11).

[3]冼鼎昌. 量子色動力學(QCD)簡介[J]. 中山大學學報(自然科學版), 1979(1):3-39.

[4]楊福家．原子物理學：上?？萍汲霭嫔?，1985：238

作者簡介：吳瑞冉，男，2000年4月，安徽省池州市，大學本科，無職稱，從事基礎(chǔ)物理，建筑，計算機等領(lǐng)域的研究