在包羅萬象的現(xiàn)代科學(xué)中,最深?yuàn)W的但也是最困難的課題,就是客觀時(shí)空與主觀意識(shí)的關(guān)系之謎,由此亦能間接地關(guān)聯(lián)到UFO的動(dòng)力之謎?;厥讱v史,這也是最古老、最具活力的歷史課題了。相對(duì)論開拓了探索時(shí)空之謎的現(xiàn)代之路,在愛因斯坦身后,探索時(shí)空諸多之謎的征途也從未中斷過……
后愛因斯坦時(shí)代相對(duì)時(shí)空觀的發(fā)展
在后愛因斯坦時(shí)代,有關(guān)時(shí)空問題研究的進(jìn)展主要集中在這樣幾個(gè)方面:對(duì)引力波的探測(cè),對(duì)統(tǒng)一場(chǎng)理論的探索,對(duì)宇宙球模型的修正,對(duì)暗物質(zhì)、暗能量等宇宙觀測(cè)成果的解析等。
如果說探測(cè)引力波是要尋找引力與時(shí)空結(jié)合的最新證據(jù),那么在重新認(rèn)識(shí)統(tǒng)一場(chǎng)基礎(chǔ)上所形成的超弦理論、M理論以及圈量子引力理論等,則標(biāo)志著人們?cè)谔剿饕阎嗷プ饔昧εc時(shí)空的統(tǒng)一關(guān)系方面已得到了一定的成果。
而各種宇宙球模型的出現(xiàn),恰好反映了相對(duì)時(shí)空觀演變?yōu)橛邢迺r(shí)空觀的新發(fā)展趨勢(shì),這種趨勢(shì)與當(dāng)代宇宙學(xué)的發(fā)展是同步的。至于對(duì)暗物質(zhì)、暗能量等的最新探索,則與相對(duì)論所帶來的人類時(shí)空觀念與時(shí)空科學(xué)的革命化進(jìn)程是完全融合的。
究竟該如何看待相對(duì)時(shí)空觀轉(zhuǎn)變?yōu)橛邢迺r(shí)空觀(宇宙觀)的歷史前景?應(yīng)當(dāng)說這是一個(gè)見仁見智的問題。人類時(shí)空觀念的演變歸根結(jié)底是由人類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)程度所支配的,從這個(gè)意義上說,人類任何關(guān)于時(shí)空的現(xiàn)實(shí)觀念都只具有過渡意義。
關(guān)于引力波的探測(cè)及其探索性認(rèn)識(shí):引力有別于電磁力的獨(dú)特屬性值得注意
對(duì)人類來說,引力是如此尋常卻又如此神秘。人類生活在地球引力場(chǎng)中,無時(shí)無刻不在感受著引力的作用,但地球引力卻絕不像電磁力那樣容易被人類掌控。
從狹義相對(duì)論限定引力傳播速度為光速,到廣義相對(duì)論證明引力傳播途徑為時(shí)空的幾何形變,這里始終有一個(gè)重要問題未能解決:作為引力源的物體質(zhì)量與體現(xiàn)幾何引力的時(shí)空彎曲之間,究竟存在著怎樣的微觀物理作用形式呢?
愛因斯坦生前曾預(yù)言引力波的存在,這種波一方面是描寫引力的量,另一方面又決定了引力勢(shì)可由高速運(yùn)動(dòng)的物體產(chǎn)生??隙ㄒΣㄗ鳛橐υ吹妮椛湫问?,正好在某種程度上解決了時(shí)空彎曲與運(yùn)動(dòng)物體之間的微觀聯(lián)系機(jī)制。所謂時(shí)空彎曲的引力效應(yīng),即是指?jìng)鬟f在彎曲時(shí)空中的引力波促成了幾何引力與牛頓引力的結(jié)合,從而形成引力場(chǎng)的強(qiáng)化效應(yīng)。
引力波也具有波粒二象性,即引力波是以引力子(微量子)的形式連續(xù)輻射的——實(shí)際上任何能量輻射都應(yīng)是“2+1”,即波性、粒性加上信息傳載性。也許將引力波的探測(cè)與引力子的尋找結(jié)合起來,愛因斯坦的預(yù)言才能早日得到令人信服的驗(yàn)證。
愛因斯坦生前肯定了引力波在真空中以光速傳播,但并未肯定在地球引力場(chǎng)中也可以發(fā)現(xiàn)引力波。不過,這并不意味著在地球引力場(chǎng)中什么也發(fā)現(xiàn)不了:與電磁波相比,引力波委實(shí)是太微弱了,始終難以被發(fā)現(xiàn)是可以理解的。
多年來,歐美日等發(fā)達(dá)國家為此不惜投入天文數(shù)字的資金,但基本無效。問題到底出在哪里?或許我們不該忽略引力固有的那些明顯有別于電磁力的獨(dú)特屬性。下面,讓我們共同探索一下引力的“五有”特性:
1 引力具有不同于電磁力的明顯衰減性,即引力在傳播過程中其能量隨距離的增加而有規(guī)律地遞減,這早已被牛頓定律所說明。這種完全不同于電磁力的物理屬性,表明引力不可能無限制地傳播,引力的有效性只能存在于限定的時(shí)空內(nèi)。這樣看來,時(shí)空畸變正好與引力的衰減性相對(duì)應(yīng),即時(shí)空畸變產(chǎn)生引力效應(yīng)的同時(shí)也將引-力限制在有效范圍內(nèi),從而形成無界的閉合式引力場(chǎng);在這些無界引力場(chǎng)之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)?;蛘哒f每個(gè)星系引力場(chǎng)實(shí)質(zhì)上都是無形封閉的,這也是各個(gè)星系控制本星系引力衰減所必需的制約和自我保護(hù)形式。
2 引力具有不同于電磁力的相對(duì)吸引性,即不同質(zhì)量的物體(天體)之間存在著相向的作用力,其定量關(guān)系同樣體現(xiàn)在牛頓定律中。需要強(qiáng)調(diào)的是,這種引力屬性的作用在于促成不同質(zhì)量的天體之間形成不同級(jí)別的具有圈層結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。從人類的地一月系到太陽系乃至銀河系,還有各種星系團(tuán)、超星系團(tuán)等天體系統(tǒng),無不是由于引力的這種屬性而形成的。根據(jù)彎曲的四維時(shí)空的觀點(diǎn)來看,天體之間形成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)必然是層層套在一起的,但其極限尚無法判知。
3 引力具有不同于電磁力的特定指向性,即引力在傳播過程中始終保持著指向引力源的壓力作用,也被稱為向源性。由于向源性的作用,在作為引力源的巨大天體內(nèi)部會(huì)形成內(nèi)引力場(chǎng),以此來避免天體在運(yùn)動(dòng)中解體;而在其外部形成外引力場(chǎng),以此來維系所屬天體系統(tǒng)的運(yùn)行。按照相對(duì)場(chǎng)源的引力距離,外引力場(chǎng)亦可分出重量效應(yīng)引力場(chǎng)、失重效應(yīng)引力場(chǎng)以及附加效應(yīng)引力場(chǎng)等。適當(dāng)?shù)胤謱哟翁剿饕Φ拇嬖谥i,當(dāng)會(huì)使針對(duì)性更突出一些。
4 引力具有不同于電磁力的超強(qiáng)穿透性,即引力在傳播的有效距離內(nèi)可以作用于所有已知物質(zhì),使物質(zhì)相對(duì)引力源產(chǎn)生直接依附或間接依附等效應(yīng)。一旦脫離引力穿透性的有效作用范圍,物質(zhì)即會(huì)出現(xiàn)準(zhǔn)失重或全失重反應(yīng)。引力的這種超強(qiáng)穿透性也是引力至今無法被人類屏蔽的直接原因(據(jù)說航空業(yè)最為關(guān)注屏蔽重力技術(shù)的研發(fā))。但在已發(fā)現(xiàn)的高能粒子中,似乎只有中微子才具有這種超強(qiáng)穿透性的特征。那么引力又與中微子有何關(guān)聯(lián)呢?
5 引力具有復(fù)合性質(zhì)的以主體形式存在的有效輻射源,即某個(gè)有效引力場(chǎng)只能是特定引力源所形成的唯一有效的引力場(chǎng)。從理論上說,任何物體之間都是有引力的,但事實(shí)上這些作用極微弱的引力并無任何實(shí)際效應(yīng),基本上屬于無效引力場(chǎng)。與一個(gè)微型電機(jī)即可以形成完整的電磁場(chǎng)相比,地球本身所形成的有效引力場(chǎng)(復(fù)合于所有無效引力場(chǎng))相對(duì)于被吸引的萬物來說,是獨(dú)一無二的。引力的這種屬性表明引力輻射也必然具有完整性和單一性。(但有時(shí)也可能出現(xiàn)個(gè)別的情形,如遼東半島濱海路的一段怪坡,地球引力指向就似乎不那么正常。)
看來引力屬性確實(shí)復(fù)雜。與此相關(guān)的引力波、引力子又有哪些特點(diǎn)可供分析呢?
與光波相比,不難發(fā)現(xiàn)光波、引力波、引力子這三者之間的共同點(diǎn):一是它們都能在真空中以光速傳播;二是它們必然都是以虛質(zhì)量狀態(tài)傳播;三是它們?cè)趥鞑ミ^程中必然遵循量子法則。
既然愛因斯坦承認(rèn)地球引力場(chǎng)的一半是牛頓引力場(chǎng),那么牛頓引力就絕不會(huì)是以非引力波、非引力子形態(tài)而存在的。但提到引力子卻不免令人擔(dān)心:測(cè)不準(zhǔn)原理表明高能粒子具有其動(dòng)量與位置不可同步測(cè)量的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)特征,那么引力子也是如此嗎?既然相對(duì)論在微觀尺度上與量子理論勢(shì)不兩立,那么這多少也會(huì)影響到人們對(duì)引力子的理解和探尋吧?
總之,探測(cè)引力波也好,尋找引力子也罷,前景并不光明。
2003年7月23日,由法國和意大利聯(lián)合研制建造的“室女座”引力波探測(cè)儀在意大利的卡希納投入使用。該引力波探測(cè)儀實(shí)際上是個(gè)占地?cái)?shù)平方千米的大型觀測(cè)體系,主建筑外的地面上伸展著兩個(gè)作為探測(cè)棒用的長(zhǎng)3千米的管道,并利用了目前最先進(jìn)的技術(shù)——光學(xué)干涉技術(shù)。由于引力波很微弱,只有超新星爆發(fā)產(chǎn)生的引力波強(qiáng)度才勉強(qiáng)可能被人類觀察到,所以科學(xué)家推斷,最有希望探測(cè)到引力波的地方可能就是銀河系外的室女座星系團(tuán)。
看來,科學(xué)探測(cè)的第一要素就在于探測(cè)方案的巧妙構(gòu)思及其相關(guān)設(shè)備的靈敏程度,否則,科學(xué)家也就不會(huì)舍棄地球上現(xiàn)有的、束縛萬物的引力場(chǎng)而去求助于5000萬光年之外的星系團(tuán)了。
但遠(yuǎn)空與近地的結(jié)合應(yīng)不失為一個(gè)好辦法,對(duì)人體失重等引力現(xiàn)象的深入研究或許會(huì)發(fā)現(xiàn)某些蛛絲馬跡。
在宇宙飛船升空與返回的過程中,倘若能安排宇航員或動(dòng)物乘客進(jìn)行某些相關(guān)的測(cè)試,或許比捕捉遠(yuǎn)太空中的引力波更經(jīng)濟(jì)或更有把握一些。至于成敗與否就不好說了,除了引力子(或引力波)本身深藏的特殊性之外,應(yīng)當(dāng)也與探測(cè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及高科技手段的應(yīng)用有關(guān)。