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第40章 力是什么?质量是什么?

世界上有四种基本作用力:强力、弱力、电磁力和万有引力。目前,物理学界对前三种力实现了统一,形成了规范场理论,都找到了传递力的粒子,只剩下万有引力还没有被统一。相对论说万有引力实际上不是一种力,只是时空扭曲的一种几何效应。

我们之所以习惯把引力当做一种实际存在的力,是因为它确确实实产生了力的效果。比如,引力使物体从高处落下做自由落体运动,能使物体加速。引力使月亮被地球吸引,并围绕它运动。引力也使地球被太阳吸引,并围绕它运动。按照相对论的观点,这些都不是引力的功劳,而是质量的功劳,是巨大的质量弯曲了时空,才改变了时空下的物体的运动。

如果有一个时空弯曲区域,那么所有进入该区域的物体都会被加速,就像是进入一个巨大的漩涡,加速靠近那个造成时空弯曲的大质量物体。从能量守恒的角度看,这是重力势能转化为动能的过程。打个比方,我家是地球,家的周围是一个大坑。如果你到了我家附近,会自动送你一个重力势能,让你加速进入我家。这个大坑是当初建设家园时留下的。

从全宇宙来说,宇宙诞生之初的“奇点”质量无穷大,密度无穷大,时空的弯曲程度最极致。大爆炸使得质量重新分布,同时也使得时空的弯曲区域重新分布。但是,随着恒星在不断燃烧,宇宙物质的总质量在不断减小,时空弯曲程度就会减小,所以,宇宙会膨胀。

与万有引力不同,其它三种基本力都是相互作用力。强力是使质子、中子结合在一起的力。如果没有强力,就没有原子核。可见,强力是物质间距离十分近才产生的力。为什么会有强力呢?

从宏观来看,我们去推一个箱子,箱子会受到力的作用。力是我们与箱子的相互作用,我们要付出能量。所以,力是描述能量传递。因为有能量的传递,所以有力的作用。但是,只有存在能量传递,才会产生力吗?不是,比如原子核对电子的引力作用,电子没有获得来自原子核的能量,它只是被束缚了,就像月亮被地球束缚。所以,力的作用不一定消耗能量,即相互作用不一定消耗能量,只是改变了被作用物体的运动方向,没有使它加速或减速。那为什么会有这种相互作用呢?这是由于场,原子核周围有场,电子受到场的作用。

有相互作用就会有力。相互作用可以是能量的传递,也可以是场的束缚。为什么场对物质有作用?为什么原子核的场可以束缚电子?为什么地球的引力场可以束缚地球上的物体?因为电子有电荷,物体有质量。

质量是什么?

质量反映了物体对场的反馈程度,反映惯性大小,反映被改变的难易程度。质量越大,越“懒惰”,越难改变。物体运动时的质量反映了对时空场的作用程度。就像把扔石头到水里,溅起的水花越大,说明石头的质量越大。当把太阳这么大的球体扔到银河系,虽然不会溅起水花,但会“压迫”时空。

物体运动时,对时空的反馈会变化,就好比扔石头到水里,扔得越快,溅起的水花越大。当物体的速度越接近光速,对时空的反馈越剧烈,它的质量就越显得急剧变化。当物体的速度接近光速,由于光速不变原理,光相对于物体还是光速。正常的时空是难易理解这个的,光相对于速度接近光速的物体仍然是光速,只有极度扭曲的时空才能理解。因此物体的质量显得非常大。

如果物体的速度能超过光速,会使得时空相当于被“击穿”,就是变态到超越极致。时间以光速流逝,过去以光速远离现实。如果物体的速度大于光速,意味着物体运动的比过去远离的还快,意味着过去成为了未来!当然理论上不可能实现物体超光速,因为没法对一个质量无穷大的物体施加力的作用使其加速,就如同没法让一个懒得不能再懒的人再去加速。

这实际上是后天的努力对先天限制的一种无奈的自我安慰。不管如何加力,不可能超越那个极限,肯定是发生了这种事情:越接近极限,阻碍越是无限大。只有如此,后天因果才能与先天因果达成妥协。

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