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如果反氢原子向上落,“万有引力”就要更名了……

已有 5861 次阅读 2013-5-31 11:38 |个人分类:宇宙学|系统分类:观点评述| 万有引力, 反物质

物理学发现了支配物质世界的4种基本相互作用(引力作用、电磁作用、强作用和弱作用),爱因斯坦力图将4种作用统一,未能如愿。爱因斯坦逝世十多年后,弱-电统一实现了,格拉肖、温伯格、萨拉姆共享了1979年度诺贝尔物理学奖。

人们相信强作用可用类似方法统一进来而得到“大统一理论”。但格拉肖并不这样看,他说:“一种理论如果不描述引力现象,就既算不上‘大’的,也算不上‘统一’,我们离爱因斯坦的真正的宏大设想还很远。”

要实现爱因斯坦“大统一理论”的宿愿,物理学必须对引力有更深入的了解。

但科学对引力的了解仍十分有限。例如,对引力传播需不需要时间,即引力的传播速度这样基本的问题,科学家就没有一致的认识。今年初,汤克云团队用重力固体潮数据测得太阳引力以光速传播的结果。(《科学通报》2013年10期,汤克云等,由固体潮发现引力以光速传播的观测证据。http://csb.scichina.com:8080/kxtb/CN/abstract/abstract510601.shtml)在今年国内关于引力传播速度的学术研讨会上,对引力传播速度,意见依然分歧。有研究者认为,根据Laplace的研究,引力传播速度Vg>108C;根据脉冲双星观测结果定出的Vg>1010C。即引力速度可以远远超过光速!(见下图)

而狭义相对论却指出,真空中的光速是一切物理作用传播速度的极限!关于引力传播速度的严重分歧表明我们对引力作用的认识是多么不充分。

 

更严重的问题发生在作用力的性质上。电磁作用是一种既有正荷也有负荷,既有吸引也有排斥的相互作用:异性电荷相吸、同性电荷相斥。但引力作用一直被认为只有正荷没有负荷,只有吸引没有排斥,因而被冠以了“万有引力”的称号。

上世纪三十年代之后,随着反物质粒子的发现,物理学已认识到正、反物质的对称性。若正物质的质荷为‘正质荷’,反物质的质荷也许就是‘负质荷’。上世纪五十年代就有物理学家提出需要搞清‘正质荷’与‘负质荷’间的相互作用究竟是吸引还是排斥的问题。但当时还没有能力做这样的实验,物理学家只能凭已有的认识猜测了。

有的物理学家认为,‘正质荷’与‘负质荷’间应该相互排斥。倪光炯、陈苏卿,高等量子力学,复旦大学出版社,2003,417421.)(吴永汉、张中明、翟应田,“万有斥力”和正反物质世界的对称性,云南大学学报,2001,23(1):27~31.)(池顺良,宇宙学的一个新假说,鹤壁科技,1978(4):9~15.)

更多的物理学家认为,‘正质荷’与‘负质荷’间仍然相互吸引。

更有物理学家认为,当‘负质荷’向‘正质荷’靠近时,‘正质荷’将吸引‘负质荷’,而‘负质荷’将排斥‘正质荷’!(Bondi,1957;Schiff,1958)

 

与引力传播是否需要时间一样,关于“质荷相互作用”性质问题上的认识,也是一片混乱。

在宇宙演化的某一阶段,应该形成了与普通物质等量的反物质。“引力作用”(或称“质荷相互作用”)又是支配宇宙结构的基本力量,对“质荷相互作用”性质必须搞个明白。混乱的认识局面必须尽早结束。

只有实验观测能够结束这种混乱局面。欧洲核子研究中心阿尔法(ALPHA)实验的出现,判别正物质与反物质间相互作用性质的重要实验终于开始进行了。

(ALPHA)是反氢激光物理装置(Antihydrogen Laser Physics Apparatus)的英文缩写。欧洲核子研究中心ALPHA项目组在一份新研究报告中说,在成功“抓住”反氢原子达1000秒后,他们目前正试图直接观测确定反物质在正物质的地球引力场中到底是向下落还是向上落。

该小组给出的初步结果似乎是:地球引力对反氢原子的作用方向相反,即反氢原子在地球重力场中是向上落的。说“似乎”,是因为统计分析的结果还不足以得出肯定的结果。ALPHA实验设备升级后,明年将重新启动,期望得出肯定的结果。

http://www.huanqiukexue.com/html/newqqkj/newwl/2013/0507/23205.html

如果反物质真的‘向上落’,“万有引力”定律就得更名;作为“广义相对论”基础的“等当性原理”将不再成立。我们就不得不改变对宇宙运行方式的看法,“宇宙年龄”将远大于137亿岁,“大爆炸宇宙学”也将作出重大修改了。

我们期待ALPHA项目组尽快得出实验结果。




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