第十四章 力 【１０８】

相對論與電磁論的有關定律結合得比較好，但是它與牛頓重力定律卻不相容。在牛頓的理論中，如果改變了空間的物質分佈，整個宇宙中重力場同時會發生改變。因為在牛頓的萬有引力理論中，物體之間相互吸引力的大小與它們距離的平方成反比。那麼如果我們移動了一個物體，相互關聯的另一個物體所受的力就立即會改變，這意味著引力必須以無限速度來傳遞。同時也意味著可以發送出比光速傳播還要快的信號；而這在狹義相對論中是絕對不允許存在的。在牛頓力學中的絕對的、或者說是一般人們所普遍通用的空間、時間的概念，這卻是為相對論所堅決拋棄的。

另外還需要指出的是這四種力，除了第一種力——引力服從於相對論理論。而後三種力——電磁力、強力、弱力則服從量子力學；這后三種相互作用力的形成是用假設相互交換「量子」來解釋的。而針對這一問題，一個世紀以來，物理學一直想尋求一條能將所有力都能統一起來的理論。

愛因斯坦後半生也在作此努力。他想把電力、磁力和引力聯繫在一起；他想建立起一個叫做「統一場論」的理論。他認為電力、磁力和重力是同一個東西的三種不同的表現形式，這就如同冰、水、水蒸氣都是a2O的固體、液體、氣體三態。他認為宇宙中充滿許多重力波和磁力線，想尋找到能利用它們的途徑，很可惜他沒有獲得成功。但是他的這種思想和精神激勵著廣大物理學家繼續從事這方面的努力。如今在力的統一理論中，溫伯格提出的電弱理論被認為是統一了的電磁力和弱作用力的理論。

我們再重點討論一下引力。在量子力學中引力歸於廣義相對論研究的範疇，而相對論與研究微觀世界的量子理論的主要不同在於，相對論是以研究大尺度的宏觀宇宙為目標。而正是引力使宇宙的大尺度結構空間成形，雖然它是四種力中最弱的一種。引力定律和牛頓的宇宙隨時間永不變的觀念不相協調。引力的存在意味著宇宙必須正在膨脹或者正在收縮。按照廣義相對論，宇宙在過去某一時刻必定處於一個無限密度的狀態，由此產生大爆炸，這是宇宙的誕生，也就是時間的起點。同樣的道理，經過膨脹以後，某個時刻整個宇宙又必將會出現另一種極限狀態——該宇宙的極大狀態；這時也就是宇宙膨脹趨勢與壓縮趨勢兩者瞬間達到了平衡點。繼而由於引力的作用，整個宇宙由此開始塌縮，並在將來的某個時刻必定會塌縮成那種密度無限大的狀態——該宇宙體積的極小狀態，這也就是大擠壓，是時間的終點，所形成的奇點宣告了宇宙的滅亡。而這整個過程都是在引力的導演下完成的，由此可見引力的重要性。這時宇宙又逐漸到達新的壓縮趨勢與膨脹趨勢瞬間平衡，一場新的大爆炸又正在蘊釀之中即將形成。

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