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第四十二章 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,只剩下引力还没有被统一。相对论说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天体。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。
强相互作用力是质子、中子结合在一起的力,如果没有强力,就没有原子核。为什么会有强力呢?必须是距离十分近才会有的力。力是物质间的相互作用。在宏观来看,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。力是描述能量传递。能量消耗是产生力的必备条件吗?如果是,强相互作用力有消耗能量吗?原子核对电子的引力作用有消耗能量吗?是没有的,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。物质间的差异才是产生力的原因。
为什么运动的物体质量会变大?物体运动的越快,质量越会变大,似乎是为了阻止继续被加速。很有意思,物理学中有不少类似这种物体总是会朝着阻止产生变化而变化。
质量究竟是什么?
静止质量反映物体的惯性大小,反映被改变的难易程度。运动质量反映对时空的作用程度,就像扔石头到水里,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,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。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,物体所在的参考系仍然要委曲求全接受光速不变,它明明自己已经接近光速c了,还说光相对于它是光速c,这不是心理变态吗?外界认为它的时空已经极度扭曲,只有无穷大的质量才能使它的时空如此变态弯曲。
如果物体的速度能超过光速,会使得时空相当于被“击穿”,就是变态到极致,彻底“疯了”。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更快,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,就好像没法让一个理性为零的“疯子”再去进行理性的加速。
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