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很难想象世界上还有什么比引力更基本更普遍,当你蹒跚学步,被尿布包着的屁屁一跤摔在地上时,你该意识到这是谁干的。

但如果引力不过是一种“幻觉”,一种“装腔作势”的结果,或者是一种源自于更深处真理的额外的“副作用”呢?

48岁的荷兰阿姆斯特丹大学物理学教授,著名弦论学家,埃里克·佛林德(Erik Verlinde)就是这样认为的。2010年年初,佛林德撰写了一篇题为《关于引力的起源和牛顿定律》的论文,阐述了用来描述热和气体行为的热力学定律如何导致了引力。佛林德的论文把引力看做一种看似存在,实际上并不真正存在的“幻觉”,这在理论物理学界引起了不小的震动。

“我认为引力并不存在”,佛林德解释说。这并不是说佛林德他不会因为引力的作用而摔跤,而是说物理学家们不该把引力看做一种基本相互作用。应该有更深层次的原因使得引力从中“出现”,就像有了无数微观的独立投资者才“出现”了宏观的股票市场,就像有了原子间的微观电磁相互作用才“出现”了宏观弹力(比如橡皮筋的弹性)。

佛林德的理论从某种程度上说有些像Dr. You的题目“为什么放在口袋里的耳机线很容易缠在一起?”。线并不是受到了“打结力”才相互缠绕、打结,而是因为“打结”的可能性比“不打结”的可能性更高。自然界偏好让可能性更高的事情发生。而引力可能就像“打结力”,其最终效果显而易见,原因却深藏在自然界对时空微观自由度中的众多可能性的偏好里。

“一些人认为佛林德不可能对,一些人认为佛林德是对的,但都是废话”,美国哈佛大学的著名弦论学家斯特罗明格评论道。“我们不得不承认,佛林德提出的这个观点引起了潮水般的热烈而有趣的讨论。它们触及这个宇宙中最深邃而难以理解的事物。所以,从这个意义上说,我很欣赏这个想法。”

详情请参见李淼老师的博客关于“熵力”的系列文章。例如:http://limiao.net/1404

为什么很多理论物理学家愿意相信这个未经证实的理论?

因为在自然界已知的四种基本相互作用(见《中微子为什么要震荡(上)》)中,只有引力难以被量子化、“微观化”。例如目前关于引力相互作用的实验研究只精确到毫米级。而其他相互作用早已被量子化,实验精度也在10^-15米以下。这让物理学家困惑不已。可以肯定的是,利用现有的方法,无法将引力量子化。于是,科学家们猜测,要么量子引力同其他相互作用一样来自于“弦论”、“M理论”等更加高深的理论,要么引力跟其他相互作用不同,只是宏观现象,不能简单的量子化。佛林德的理论属于后者,尽管类似的思想在弦论中也有体现。

还有一个直接的原因,就是自从发现黑洞存在霍金辐射、霍金温度、熵等热力学概念以来,理论物理学家们发现,一个自洽的理论中,引力,量子理论和热力学是“三位一体”的。我们知道热现象体现了系统存在不易观察的微观自由度,例如粒子的随机运动;因此,量子理论和热力学一起出现并不是奇怪的事情。然而一个引力的理论中总是伴随着热力学却是一件奇怪的事情,二者本该毫无联系。有很多证据表明,引力理论和热力学存在着等价性。例如,贾克布森从视界附近的热力学定律推导出了爱因斯坦场方程。因此,被量子引力搞得焦头烂额的物理学家们猜想,也许引力就像橡皮筋的弹力一样,是更基本的微观自由度的热力学的宏观体现。也就是说,引力的本源是热力学,引力是一种纯粹的宏观现象,当然不能简单的量子化了。佛林德给出了这样一个具体的理论,也就是假设时空中存在微观的基本自由度,满足全息原理(量子理论);又假设能量均分在这些自由度中(热力学中的能量均分定理);在这个基础上,加上一些数学背景,就可以给出牛顿第二定律、万有引力甚至爱因斯坦方程。这个想法是如此诱人,以至于即使没有实验证据支持,物理学家们也愿意相信这个想法的正确性。

Sheldon

我是谁?我在哪?如果连地心引力如果都是幻觉,我还能相信什么?看到资讯里什么“M理论”呀、“弦论”呀的就更头大了。不妨来听听松鼠Sheldon的讲解吧!不管“冬虫夏草”能不能拯救物理学,至少把我的脑袋从要爆炸的边缘拯救了回来。

引力,量子理论和热力学的关系也许就像一株“冬虫夏草”。它冬天是只虫,夏天是株草;究竟是虫还是草?其实是霉菌把虫儿咬。现在科学界已经能够描述”冬虫夏草“的生活史,它实际上是霉菌以蝠蛾幼虫为食,长出的像草一样僵化的菌孢。

设想你穿越到了1000年前的青藏高原,当时还没有显微镜。你告诉那里的医生,“冬虫夏草”其实是肉眼看不见的霉菌,医生们会表示赞同吗?

佛林德似乎就是想扮演这样一个“穿越者”的角色。在他的 “熵力”理论中,时空中微小的用现有仪器探测不到的无数自由度就是那只虫儿,万有引力就是长出了地表人人都看得见的草儿,而 “时空虫引力草”的本质却是热力学。就像1000年前的人们看不到霉菌一样,现在的科学家也探测不到时空微观自由度之上的热力学。因此,佛林德的理论从目前的实验条件来讲是无法证伪的。

然而它至少为理论研究指明了一个方向:如果硬要用研究基本相互作用的方法研究引力,也许就像硬要用研究草的方法研究“冬虫夏草”一样,得不到合乎逻辑的结果。此时,我们也许应该换一种思路,如果引力不是力,就像“冬虫夏草 ”不是草呢?说不定引力的研究从此就豁然开朗了!

Sheldon最后还特别叮嘱一定要强调一句:“理论物理学家就是这样,在定论出现之前不放过任何一种可能性。”其实岂止物理学家,科学家都这范儿!

消息来源:《纽约时报》网站7月12日报道

图片来自《纽约时报》网站

Sheldon 编译,沐右 审稿

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25 Responses to “引力不过是一种“幻觉”?”

  1. 沐右说道:

    我,我,我来占个沙发。。。。

  2. 说道:

    额.我是板凳

  3. 白菜白菜说道:

    一生万物嘛。。指望传说中的大一统吧,呵呵

  4. Netson说道:

    不是传说引力只是更高维度的空间的弯曲么?

  5. Drosophila说道:

    引力难道是下一个冥王星?

  6. 白左说道:

    每次看见这样的文章都会小小激动一下……虽然理论研究一直不怎么被大众关注……但是如果有什么突破,对人类社会的影响是翻天覆地的……这种感觉太奇妙了……让人有一种引导历史车轮前进方向的幻觉……

    • 沐右说道:

      别太激动了,呵呵
      做理论的很多时候都是“语不惊人死不休”
      再神奇再新颖的理论,也是要历经实验的证明考验之后才能引领车轮
      灰飞烟灭的新理论要比留下来的多。。。

  7. 舒和说道:

    啊啊啊。。。这个得顶啊
    我之前也有过这样的想法

  8. 阿基米米说道:

    呵呵 应该是根据爱因斯坦的相对论引力与加速度等价 再加一点想象力 推出的

  9. 断奶西瓜说道:

    脑袋被猛地击了下Orz

  10. 栖枫渡说道:

    感觉还是对读|写SF的人最有意义。。。普罗大众ma……

  11. meeter说道:

    在奠基公映时,发布这篇文章,再配上这样的插图,很令人玩味啊

  12. Metaverse说道:

    二十一世纪理论物理学准备殃云天降了么?有意思的想法~~

  13. 说道:

    说实话,我看不明白……我们应试教育的结果……让人只懂得不断的做练习,考试,做练习……

  14. 说道:

    别怪教育啊兄弟,自己找原因。

  15. 三位一体说道:

    现在怎么什么东西都是幻觉啊!

  16. 说道:

    热能否几何化

  17. [...] 我是谁?我在哪?如果连地心引力如果都是幻觉,我还能相信什么?看到资讯里什么“M理论”呀、“弦论”呀的就更头大了。不妨来听听松鼠Sheldon的讲解吧!不管“冬虫夏草”能不能拯救物理学,至少把我的脑袋从要爆炸的边缘拯救了回来。 [...]

  18. 蒋春暄说道:

    昨天给Verlinde发电子邮件,你理论100%错的,e.p.verlinde@uva.nl
    看http://blog.sina.com.cn/jiangchunxuan

  19. 马海飞说道:

    引力不是“幻觉”,而是“错觉”。
    如果是幻觉,我们就无法实际测到这个力。但现实中这个力确实存在。不过它不是牛顿所说的“物体之间的相互吸引作用”。“物体之间的相互吸引作用”只不过是一个假象而已。人们从这个假象中产生了错觉,从而把这个力当成了“引力”。实际上,物体之间根本就不存在牛顿所说的那种“相互吸引作用”。具体说,在自由落体运动中,并不是地球发出的“引力”拉着物体下落,而是物体的下落运动导致了力的产生。可是,人们却把自由落体运动产生的这种力错误地当成了地球对下落物体施加的“引力”。这完全是因果关系上的颠倒。我们测到的重力是物体自由下落过程中产生出来的力,而不是物体之间的相互吸引力。
    “引力”之所以成为一个复杂的问题,原因之一就是人们错误地把这个力当成“引力”来研究。出发点大方向的错误导致了问题越来越复杂和不可解。从正确的方向理解“万有引力现象”就会发现它并不复杂。

  20. [...] 我是谁?我在哪?如果连地心引力如果都是幻觉,我还能相信什么?看到资讯里什么“M理论”呀、“弦论”呀的就更头大了。不妨来听听松鼠Sheldon的讲解吧!不管“冬虫夏草”能不能拯救物理学,至少把我的脑袋从要爆炸的边缘拯救了回来。 [...]

  21. yingchm说道:

    关键是如何理解 力与运动的关系

  22. collins999说道:

    就象无穷多的物质为何没有产生无穷大的引力一样...

  23. 张华平说道:

    万有引力微观机理的假设
    假设存在着一个极低层次的物质粒子弥漫在我们的周围。把这个层次物质粒子称作玄子。无数的玄子向空间各个方位作着无秩序的运动(玄子层次的布朗运动)。把对熵的描述扩大到玄子层次上面来 。我们把玄子运动的无序程度称作玄熵系数。玄熵越大整体无序程度越大。玄熵大小与空间玄子个数、平均单个玄子动量有关。
    某些具有吸纳玄子能力的物体就能使玄子作定向于物体的涌流运动。其原因可以看作是物体内部玄熵小于外界玄熵。这样的物体称作力源。力源形成的力场的大小与力源吸纳玄子能力和空间玄熵大小有关。
    物体、玄子的存在是根,玄子的被吸纳(放射)是‘因’,其‘果’:造就玄子涌流的形成,即玄子力场的形成。我们可以把这个形式类比真空装置注灌空气或水时的模型。

    把处于力场中的物体看作是由一端到另一端一个层面一个层面的存在。物体面向力源的最内层面外围的玄子涌向力源,涌流产生的玄子空缺使最内层与次内层之间的原来无秩序运动的玄子产生对最内层的碰撞,碰撞产生的动量转移迫使物体面向力源最内层产生趋向于力源运动趋势,即产生指向力源的力。由于物质层间空隙的存在,玄子空缺的产生,使每个层都存在来自其与相对外层之间的玄子的撞击,使每个相对内层都能产生趋向力源运动的趋势。各层受到的来自次内层外围玄子的撞击力既是使物体产生加速度的力,又是能使物体形变(面向力源隆起)的力。各层受力相加就是物体受力源的力了。
    在物体较小时就可以简便的把物体看作只有一层来研究受力,其大小就是物体面向力源的那一层面产生了的定向于力源涌流的玄子造成的玄子空缺力,即造成背向力源一面玄子撞击力。
    由于物体包含的质粒间有空隙的存在。我们可以进行如下的推出:力场中均匀、厚度相同物体,受力大小与密度有关。密度小于一个值K时,玄子撞击可以作用到每一个质点,故这些物体具有相同加速度。密度大于这个值K时,随密度增大玄子加在物体上的撞击百分比B值(撞击质粒与总质粒之比)减小,加速度随之逐渐减小;物体密度一定时,其厚度存在一个值H,小于H时,玄子撞击可以作用到每一个质点,加速度不变。大于H时,随H的增大玄子加在物体上的撞击百分比减小,加速度逐渐减小。我们在地表认知的物体不论大小、轻重,似乎有着一个相同的向心加速度,就是与所观察物体的密度小于K、厚度小于H有关。
    力源的吸纳玄子造就空间各方位玄子涌流向力源。是一个涌流球模式。球表面积是与球半径的平方成反比的。单位面积各指向力源涌流的玄子个数大体是与涌流球半径成反比。这就是我们认知的地球上物体向心加速度大小大体与物体上距地心距离的平方成反比的原因。
    ★玄子的存在是定义在密度极大、体积极小。现在普遍认为的原子半径的数量级为10^-10米,几乎集中全部质量的原子核半径的数量级为10^-15米。做个计算:密度均匀物质在一个平面要有多高的尺寸(L)才能使物质可以为原子核极限平铺状态,即再高时有原子核上下重叠了。L=S(原子)*R(原子)/ S(原子核)。而原子核相对玄子来说可能还存在空隙。
    ★传说1590年,伽利略在比萨斜塔上做了两个大小不同铁球同时落地的试验,只是因为两铁球大小差别还不够大,差别足够大时小球先落地。其实1922年,厄阜等人就进行了细致的实验,找出了不同物体、不同化学结构的物体具有不同的向心力加速度。其中的原因是物体非均匀物体,存在质粒重叠。在真空环境下小鸡毛重力加速度是有可能大于大铁球的。阿波罗15号的宇航员大卫?斯科特1971年8月2日在无空气月球表面上使用一把锤子和一根羽毛做了下落试验,让地球上的电视观众亲眼看到了这两个物体同时掉落在月球表面上,但当锤子再大些时我们看到的就是羽毛先落地了。
    这也让我们知道质量的精确测定靠天平、弹簧秤、杆秤这些工具是不行的。要应用向神十太空授课中的装置:给一个恒定的力再用高科技的光栅测加速,利用牛顿第二定律F=am求取。
    ★按照原有理论分析月球引起的潮汐作用是:地球上面向月球一面的海水受到月球引力,海水还受到由于地球自转产生的惯性离心力,两力的合力f(1)使得海水隆起,出现涨潮。在背向于月球一面,地球自转产生的惯性离心力大于月球引力,此时两力的合力f(2)亦可使得海水隆起,出现涨潮现象。可是再研究地表距离月球最远和最近点中间的点海水,其受力是月球引力的垂直于海平面的分力与其惯性离心力的合力f(3),计算可得其值小于f(2)。因为这点上月球引力的垂直于海平面的分力小于月球对最远点海水的引力,潮高应该大于远月点,小于近月点。是f(1)>f(3)>f(2)的情形,地球潮汐应该是一个不倒翁形,可实际上是纺锤体形。
    用现在的观点,月球厚度大于H值。地球上的远月球点海水受月球引起的空缺力很小了,地球自转引起的惯性力可以看作就是引起重力减小的力,出现涨潮现象。而在中间点海水由于有一个月球空缺力垂直于海平面的分力的存在,隆起的高度小于远月点。是f(1)>f(2)>f(3)的情形,这就是纺锤体形出现的原因了。
    也可以这样理解:按照原有理论,分析月球引起的潮汐作用是:地球上海水受到地球产生的万有引力、月球产生的万有引力,海水还受到由于地球自传产生的惯性离心力。地球上面向月球一面的海水三力的合力f(1)。在背向于月球一面三力的合力f(2)。再研究地表距离月球最远和最近点中间点的海水,其受力的合力 f(3)。通过受力分析知道是f(1)<f(3)<f(2)的情形,地球潮汐应该是一个不倒翁形,可实际上是纺锤体形。用现在的理论,地球厚度大于H值。地球上的远月球点海水受月球引起的空缺力很小了。是f(1)<f(2)<f(3)的情形,这就是似不倒翁纺锤体形出现的原因了。
    ★月球在其位置上时由于厚度大于H的原因,如果放置一个小于H的卫星,在月球轨道上绕地球运转,其惯性加速度要大于月球。我们现在利用激光技术已经可以精确测得月地之间的距离,可是与利用牛顿万有引力定律计算出的值,两者之间有误差。厚度小于H的物体其运行规律r^3/t^2=定值。在厚度大于H时的物体是不遵循这个规律的.太阳系中由于各行星厚度是大于H的,故他们的运行规律不是遵循这个规律的。
    ★牛顿引力理论有能计算质量的本领。计算出的地球质量为月球的80多倍。地球的体积是月球的48.4倍。得出二者的密度相差很大,这与月球来源的‘分裂说’、‘同源说’等都不允许这么大差值的存在。
    依靠牛顿万有引力理论求出的各大行星的密度相差很大,这与星系各种起源说不符。
    ★开普勒第三定律r^3/t^2=k,没有可靠的文献记录记载开普勒是怎样对这个定律推导给出的。依本文的思想观点:1行星的运动是划出了一个鸡蛋圆(或不倒翁圆)。太阳的位置稍靠于尖端。太阳到行星的矢径在相等时间在尖端区域划出的面积比在宽端区域的要大。
    依据开普勒第三定律得知任何向两行星间的距离到太阳距离(周期t是知的),便能算出所有行星到太阳距离。K、H的存在,本文中理沦做不到。

    变化着的世界
    1:力场中的玄子涌流变大,力场中绕力源运动的物体作‘旋进运动’,r变小v变大T变小。
    2:力场中的玄子涌流变小,力场中绕力源运动的物体作‘旋离运动’,r变大v变小T变大。

    3:物体的速度v以垂直于力源的加速度a逐渐变大时,作旋离运动其距离力源距离变为l,用时为t,r变大、T变大。受到迫使v减小的力。
    4:物体的速度v以垂直于力源的加速度a逐渐减小时,作旋离运动其距离力源距离变为l,用时为t,r变小、T变小。受到迫使v增大的力。

    5:保持住物体的V不变,物体受到的玄子涌流越大,物体距力源距离r越小、T越小。
    6:保持住物体的V不变,物体受到的玄子涌流越小,物体距力源距离r越大、T越大。

    7: 物体远离力源距离l,v变小、T变大。
    8:物体向力源靠近l,v变大、T变小。
    ★英国《自然杂志于1978年10月报道:美国人卡姆和谱姆庇对数千只鹦鹉螺解剖后发现其是一种奇妙的“时钟”,其外壁上的生长纹默默地记载着月球的地质年代中的变化历程。通过观察各时代鹦鹉螺化石的生长纹论断出4亿多年前月球绕地球公转的周期为9天,随着年代的变迁逐渐为15天,18天,22天,26天,直到今天的27.3天。(暂不考虑各时期一天的时长)
    T在变大得:R在变大。通过三千年来对月食的纪录来看,T在变大。通过利用现代高新手段如激光测距发现R在变大。
    (说明:在时代的变迁中,地球吸纳玄子导致其产生的向心加速度其质量、自转公转周期都在变化。太阳月球亦是如此。这个复杂的变化系统促就月球、地球、太阳的存在状态)。
    ★1910年魏格纳提出大陆漂移说,认为很久以前大陆合而为一为超大陆。更久远的大陆应该是合而为一为地表,在增变过程中地球质量增大、体积增大,地球龟裂成几个大陆。
    ★各行星相对于太阳也都存在着不倒翁形态。像地球:南半球扁平状、南极向内凹,北极向外凸,且北半球一月离太阳最近,而七月最远。说明太阳力场中太阳造就的单位面积涌流力在逐渐减小。
    ★行星的绕日运动是一个近似椭圆形轨道。太阳位于其中的一个焦点上。水星绕日运动每次离焦点最近时总有一点偏差,差值为一百年向前移动(进动)5601〞。根据牛顿引力理计算勒威耶算出还要多出38〞,纽康算出是43〞。
    原因:力场中的单位面积涌流力变小,水星作旋离运动,太阳水星之间的距离在变大,水星公转速度在变小,每次到达近日点的时间间隔在变大,即晚点到达牛顿理论预期的时间点。每每彗星的姗姗来迟也是同样的道理。
    ★美国人威尔斯通过分析珊瑚虫化石,从其上面的年轮和生长线推算出:6亿年前,一年不少于425天,一天为20个小时;4亿年前,一年405天,每天21.5小时;3.7亿年前,一年395天;2亿年前,一年385天,每天23小时。引起这种变化的主要原因:○1太阳产生的单位面积涌流力在变小,地球作旋离运动,太阳和地球之间的距离在变大、地球的公转速度在变小、公转周期在变大。○2地球的质量在变大,能量守恒求知得:自转速度、公转速度在变小,自转周期、公转周期在变大;○3另一方面也要考虑在内:地球的质量在变大,地球能受到涌流撞击的面积在变大,受到的太阳造就的涌流力在变大,中和○1○2的影响,减缓时长的变化。
    ★较古老的年代地表单位面积向心涌流力力较大,爬行动物的昌盛时期形成原因:爬行动物重心较低,稳定性强,克服自身具有的向心加速度带来的弊端。恐龙王朝到来时动物的存在只有肌肉只有发达身体强壮才能摆脱向心力的束缚,运动自如,得以生存。
    ★马提尼岛上有能使动、植物生长超大的能力。最有可能的原因:岛上单位面积涌流力大。
    ★高纬度的人、树木普遍较低纬度大。高纬度生物受到的单位面积涌流力大。
    ★研究被硅质化的古生物化石,生物在它们所处的地质年代都有适应相应年代超大单位面积涌流力的本领。生物的进化,单位面积涌流力对其有特定的影响。
    ★卡西米尔效应产生的原因应该是金属板内外压力差所致:当两板平方且相距较近时,在在两板相夹的空间里的玄子受到的外面粒子作用在平行方面的是大于垂直于板方面的,因为有板的阻挡。这类似于在空气中两光滑玻璃板平行靠近时吸引力大增。就像两张平行靠近的纸片,在两纸片相夹的空间越吹气,两纸片越靠近。因为纸片之间空气粒子运动着的方向都趋向于外部气流的方向,外部垂直于纸片的粒子的运动强度大于纸片之间的了。
    ★由地球向外发射的电磁波缘何频率变低了——被迎头而来得玄子阻击。
    ★途经太阳附近的光线为什么偏折了——被飞向太阳的玄子推引。
    ★物体含物质的量少了,外界能量增多(核能的产生)——像密封着大量‘热’(运动着)‘气体’(玄子)的瓶子(物体) 开了口(引爆核反应)当然要溢出(玄子涌流)。
    ★前面也提到地球上也存在着向心力异常大的区域,还有同在地表区域不同而向心力相差较大,像印度洋海面的向心力就异常大,同样的一块黄金在那里用弹簧称称量卖会多卖好多钱。赤道与两极相差较大,依原来的理论计算是不允许差别这么大的。
    ★还有同一地区在不同时刻的向心力有很大的变化…这些用以前的理论解释起来很麻烦,且抓不住要点。现在的理论解释这些有很大的灵活性。例如:巴巴多斯一地区不同棺材移动异常,质量大的移动、质量小的未变动;平放的、质量大的移动,质量小的、竖起的未变动,这些都是向心力异常时面积S差异较大能造成的。
    ★还有在宇宙扩张、超光速粒子的发现,电磁旋,一些物质的放射性,岁差的形成,迈克尔逊-莫雷实验结果等方面都可进行干涉性的解释。

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