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引力究竟是什么？
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DENNIS OVERBYE
欧阳峰译
【译自《New York Times》2003年十一月十一日】
“引力不只是一个好点子，而且还是定律。”这是一个流传甚广的汽车贴纸。 【注】
引力是我们最古老和最熟悉的敌人。我们的骨肉无时无刻不感受到它，我们的身体和器官都因它而坠堕，最后我们还要靠它来埋葬。但它对我们仍然是个谜。引力定 律到底是什么？
对我们很多人来说，引力定律就是牛顿在１６８７年宣布的宇宙之律：两个物体相互吸引，其力正比于质量的乘积，反比于距离的平方。但牛顿并未解释其中原因。 物理学家已经改写了这一切，而且还将再次改写。
爱因斯坦在二十世纪初以广义相对论取代了牛顿的引力论。爱因斯坦提出，物质和能量使得空间变形，就象廉价的床垫在睡觉时会下陷一样。这种变形使得星球，棒 球和光线不走直线，而走曲线。
广义相对论预言了光线弯曲，宇宙膨胀和黑洞。它也是现代宇宙学的基础。但是理论学家们从未认为它是引力的最终理论。
首先，它在数学上与主宰亚原子颗粒的量子理论是不相容的。在宇宙大爆炸的最初时刻，时间和空间是不连续的。为了描写那种非常小的尺度和非常高的能量下的现 象，必须把广义相对论和量子力学融合起来。这是当代物理学家所沉缅的一个研究项目。
但是最近有些专家怀疑在空间尺度的另一端，即很长距离的情况下，爱因斯坦的理论是否也要重写。这起源于宇宙中所谓“暗物质”的发现。
根据最近很出名的“标准模型”，普通原子只占宇宙物质的百分之五。某种神秘的暗物质，也许是大爆炸留下的基本粒子，占了百分之二十五。而剩下的整整百分之 七十，是更神秘的所谓“暗能量” 。
显然，如果一个理论不能解释宇宙中的百分之九十五，它不能算做是完全的胜利。
暗物质和暗能量并没有被直接观测到。我们能观测的那小部分宇宙物体却受它们的引力所影响，从而我们可以推断它们的存在。所以，有些科学家提出，过去二十年 中天文学家发现的只是他们对引力的无知。特别是，五年前人们发现宇宙的膨胀因暗能量的影响而加速，而因此反思过去的定论。
对於暗能量的最简单的解释，是爱因斯坦提出的宇宙常数。这是由真空中存在的能量所产生的一种排斥力。人们企图计算这个能量，得到的结果却比测量值大了 １０６０倍。照那样的结果，宇宙在形成原子和星系之前就会炸得粉碎了。这使得理论学家们束手无策。
“我想我们已经很糊涂了，我们应该放手修改引力理论。”芝加哥大学的宇宙学家特纳博士〔DR。MICHAEL TURNER〕如是说。
於是，物理文献中出现了很多关于修改引力理论的建议。今年秋天（２００３年），在加州圣塔芭芭拉（SANTA BARBARA）的卡夫里理论物理研究所举行了宇宙学讨论班上。与会者对暗能量的可能解释方法举行了投票。在４４人中，２０人选择了类似于“爱因斯坦是错 的” 这样的解释。
有一些修改的提议出自弦论。弦论是以“解释一切”闻名的理论，听来象科学幻想一样。它认为我们的宇宙是在十一维空间中的一个四维膜。
在弦论中，大多数的弦组成自然界中的粒子和力。它们连接在那个膜上，好像是毛毯上的断线头。２０００年，纽约大学的得瓦里博士（DR。GIA DVALI），哥巴达兹博士（DR。GREGORY GABADADZE）和泊拉提博士（DR。MASSIMO PORRATI）提出了一个新理论。他们认为，传播引力的弦在从遥远的物体沿着膜运行过来时，会漂移原来的轨迹，或泄漏到周围的超空间之中。这就使得远方 的星系看起来象是在加速离去。
另一个与弦论有关的理论是卡达斯扩张（CARDASSIAN EXPANSION）。这个名称来自《星际迷航》中的邪恶种族。它是密西根大学的富里斯博士（DR。KATHERINE FREESE）和路易斯博士（DR。MATTHEW LEWIS）想出来的。该理论说，宇宙加速是因为别的膜在拉扯我们所在的膜。富里斯博士说：“我们不需要暗能量也能得到宇宙加速的结果。”
其他理论学家试图回头去直接修改广义相对论。他们注意到当年爱因斯坦在表达他的想法时，选择了最简单的方程。然而我们也许需要更复杂的形式。特纳博士和他 的同事们，芝加哥的卡罗博士（DR。SEAN CARROL）和杜复里博士（DR。VIKRAM DUVVURI）以及西拉科斯（SYRACUSE）的恰顿博士（DR。MARK TRODDEN），采取了这个途径。他们的结果显示，当宇宙变得更大而更空时，其扩张会加速。
特纳博士说，这也许有点象天方夜谭。但是八十年前，宇宙扩张的理论更象天方夜谭。
这个模型解决了一些问题，但提出了更多。但这类工作仍然值得继续。卡罗博士如是说。
他还说，“在宇宙到达一百亿岁的时候，我们看到了一些有趣的现象。而目前的所有想法都不能被证明是正确的解答。所以我们必须勇于创新。”
【注】 这是模仿一句流行的口号：“安全带不只是一个好点子。而且还是法律。”英文中法律和定律是同一个词。[译者注]
https://blog.sciencenet.cn/blog-309766-329109.html
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欧阳峰译
【译自《New York Times》2003年十一月十一日】
“引力不只是一个好点子，而且还是定律。”这是一个流传甚广的汽车贴纸。 【注】
引力是我们最古老和最熟悉的敌人。我们的骨肉无时无刻不感受到它，我们的身体和器官都因它而坠堕，最后我们还要靠它来埋葬。但它对我们仍然是个谜。引力定 律到底是什么？
对我们很多人来说，引力定律就是牛顿在１６８７年宣布的宇宙之律：两个物体相互吸引，其力正比于质量的乘积，反比于距离的平方。但牛顿并未解释其中原因。 物理学家已经改写了这一切，而且还将再次改写。
爱因斯坦在二十世纪初以广义相对论取代了牛顿的引力论。爱因斯坦提出，物质和能量使得空间变形，就象廉价的床垫在睡觉时会下陷一样。这种变形使得星球，棒 球和光线不走直线，而走曲线。
广义相对论预言了光线弯曲，宇宙膨胀和黑洞。它也是现代宇宙学的基础。但是理论学家们从未认为它是引力的最终理论。
首先，它在数学上与主宰亚原子颗粒的量子理论是不相容的。在宇宙大爆炸的最初时刻，时间和空间是不连续的。为了描写那种非常小的尺度和非常高的能量下的现 象，必须把广义相对论和量子力学融合起来。这是当代物理学家所沉缅的一个研究项目。
但是最近有些专家怀疑在空间尺度的另一端，即很长距离的情况下，爱因斯坦的理论是否也要重写。这起源于宇宙中所谓“暗物质”的发现。
根据最近很出名的“标准模型”，普通原子只占宇宙物质的百分之五。某种神秘的暗物质，也许是大爆炸留下的基本粒子，占了百分之二十五。而剩下的整整百分之 七十，是更神秘的所谓“暗能量” 。
显然，如果一个理论不能解释宇宙中的百分之九十五，它不能算做是完全的胜利。
暗物质和暗能量并没有被直接观测到。我们能观测的那小部分宇宙物体却受它们的引力所影响，从而我们可以推断它们的存在。所以，有些科学家提出，过去二十年 中天文学家发现的只是他们对引力的无知。特别是，五年前人们发现宇宙的膨胀因暗能量的影响而加速，而因此反思过去的定论。
对於暗能量的最简单的解释，是爱因斯坦提出的宇宙常数。这是由真空中存在的能量所产生的一种排斥力。人们企图计算这个能量，得到的结果却比测量值大了 １０６０倍。照那样的结果，宇宙在形成原子和星系之前就会炸得粉碎了。这使得理论学家们束手无策。
“我想我们已经很糊涂了，我们应该放手修改引力理论。”芝加哥大学的宇宙学家特纳博士〔DR。MICHAEL TURNER〕如是说。
於是，物理文献中出现了很多关于修改引力理论的建议。今年秋天（２００３年），在加州圣塔芭芭拉（SANTA BARBARA）的卡夫里理论物理研究所举行了宇宙学讨论班上。与会者对暗能量的可能解释方法举行了投票。在４４人中，２０人选择了类似于“爱因斯坦是错 的” 这样的解释。
有一些修改的提议出自弦论。弦论是以“解释一切”闻名的理论，听来象科学幻想一样。它认为我们的宇宙是在十一维空间中的一个四维膜。
在弦论中，大多数的弦组成自然界中的粒子和力。它们连接在那个膜上，好像是毛毯上的断线头。２０００年，纽约大学的得瓦里博士（DR。GIA DVALI），哥巴达兹博士（DR。GREGORY GABADADZE）和泊拉提博士（DR。MASSIMO PORRATI）提出了一个新理论。他们认为，传播引力的弦在从遥远的物体沿着膜运行过来时，会漂移原来的轨迹，或泄漏到周围的超空间之中。这就使得远方 的星系看起来象是在加速离去。
另一个与弦论有关的理论是卡达斯扩张（CARDASSIAN EXPANSION）。这个名称来自《星际迷航》中的邪恶种族。它是密西根大学的富里斯博士（DR。KATHERINE FREESE）和路易斯博士（DR。MATTHEW LEWIS）想出来的。该理论说，宇宙加速是因为别的膜在拉扯我们所在的膜。富里斯博士说：“我们不需要暗能量也能得到宇宙加速的结果。”
其他理论学家试图回头去直接修改广义相对论。他们注意到当年爱因斯坦在表达他的想法时，选择了最简单的方程。然而我们也许需要更复杂的形式。特纳博士和他 的同事们，芝加哥的卡罗博士（DR。SEAN CARROL）和杜复里博士（DR。VIKRAM DUVVURI）以及西拉科斯（SYRACUSE）的恰顿博士（DR。MARK TRODDEN），采取了这个途径。他们的结果显示，当宇宙变得更大而更空时，其扩张会加速。
特纳博士说，这也许有点象天方夜谭。但是八十年前，宇宙扩张的理论更象天方夜谭。
这个模型解决了一些问题，但提出了更多。但这类工作仍然值得继续。卡罗博士如是说。
他还说，“在宇宙到达一百亿岁的时候，我们看到了一些有趣的现象。而目前的所有想法都不能被证明是正确的解答。所以我们必须勇于创新。”
【注】 这是模仿一句流行的口号：“安全带不只是一个好点子。而且还是法律。”英文中法律和定律是同一个词。[译者注]
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