引力理論發(fā)展的新契機(jī)

●劉　巖

牛頓的劃時(shí)代巨著《論自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中曾記載了牛頓對(duì)萬(wàn)有引力的一段評(píng)述：迄今為止，我只是用引力解釋月球繞地球的運(yùn)動(dòng)及潮汐現(xiàn)象，引力的本質(zhì)是什么尚未可知，引力是客觀存在的，這就足夠了。

在牛頓謝世之后的三個(gè)多世紀(jì)中，人類(lèi)從沒(méi)有停止對(duì)引力理論及引力本質(zhì)的探索。20世紀(jì)20年代，愛(ài)因斯坦基于物質(zhì)的引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的等效性，建立了文廣義相對(duì)論，使人類(lèi)對(duì)引力理論的發(fā)展邁入了一個(gè)新高度。但是，廣義相對(duì)論對(duì)引力的描述仍然是“惟象”的，即引力是由于空間的彎曲造成的。但空間的彎曲為什么會(huì)形成引力及引力傳播的載體仍然未知。后來(lái)，愛(ài)因斯坦對(duì)引力方程進(jìn)行了近似線性處理，得出了一個(gè)重要的結(jié)論：引力如同電磁波一樣是靠引力波傳播的。直至1967年，劍橋大學(xué)的女研究生約瑟琳·貝爾與其導(dǎo)師對(duì)一顆脈沖雙星運(yùn)動(dòng)周期的觀測(cè)才證實(shí)了愛(ài)因斯坦早年的預(yù)言，引力波是存在的，引力的確是靠引力波傳播的。引力理論的這一重要進(jìn)展于1992年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。雖然人們已確認(rèn)引力波的存在，但是用量子力學(xué)的語(yǔ)言來(lái)描述引力波與質(zhì)量的作用仍然是困難的，這即是“引力量子化”的世紀(jì)難題。20世紀(jì)80年代至今，美國(guó)的一批理論物理學(xué)工作者提出了諸如宇宙弦等理論，試圖將引力量子化，但都是曇花一現(xiàn)。至20世紀(jì)90年代中期，古老的引力理論似又陷入了僵局。

1997年，印度科學(xué)家在日食期間出人意外地發(fā)現(xiàn)了“引力異常”現(xiàn)象，即日食時(shí)測(cè)出的日地引力較正常時(shí)偏高約2％～3％不等。這一發(fā)現(xiàn)一經(jīng)發(fā)表就引起了廣大天文學(xué)家的廣泛關(guān)注。前不久在非洲發(fā)生可觀察的日食，中國(guó)北京天文臺(tái)的科技人員組隊(duì)前往贊比亞首都盧薩卡進(jìn)行“引力異常”現(xiàn)象的觀測(cè)，結(jié)果顯示，引力異常現(xiàn)象的確存在。這說(shuō)明引力在大尺度下應(yīng)有附加值，可能引力是若干種相互作用的復(fù)合產(chǎn)物。在這一結(jié)果下，理論物理學(xué)家便已開(kāi)始著手建立新的引力模型與引力理論。可以這樣講，“引力異常”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，為人類(lèi)最終揭開(kāi)引力之謎提供了一個(gè)新的契機(jī)。這一新的發(fā)現(xiàn)不亞于約瑟琳·貝爾等人的發(fā)現(xiàn)，是引力理論探索歷程中的又一個(gè)新的起點(diǎn)。在這一新起點(diǎn)上，相信隨著人類(lèi)不斷的努力，萬(wàn)有引力之謎總有一天會(huì)被揭示出來(lái)。