四种作用力中最弱的引力,为何能坍缩出宇宙无敌的黑洞?

物理学是人类用来认识这个宇宙的工具,物理学家们致力于探究”万物背后的原理”

21世纪的今天,宇宙在物理学家们的眼里已经不再复杂,就是一个从大爆炸开始,被四大基本作用力支配的物质世界。

强相互作用力

大多数人对它的了解,来自于《三体》中的“水滴”,因为水滴就是“强互作用力宇宙探测器”,它拥有极高的硬度和接近绝对光滑的表面,可以瞬间洞穿人类的恒星级舰队,而现实中的强互作用力,负责把夸克以及质子中子们结合在一起,可以说它的主要作用范围就是原子核附近。

弱相互作用力

弱力的主要成就,是提供放射性所需要的条件,包括中微子在内的众多射线,背后都是弱力在发挥作用。

电磁相互作用力

带电荷的粒子都会受到电磁力的影响,小到磁铁大到地球,概莫能外,我们之所以能碰到物体,站在地上,而不会因为原子内部的巨大空间而“陷进去”,就是因为电磁力的原因,它让人类能“触摸”到这个世界。

引力相互作用

牛顿是第一个对引力现象进行总结归纳的人类,但他受限于时代,无法回答“引力为什么产生?”这一问题,直到20世纪初,爱因斯坦广义相对论的出现。

广义相对论认为,引力是由时空弯曲引起的一种几何跌落,而时空之所以弯曲,是因为质量,因此爱因斯坦认为,任何存在质量的物体都具有引力,都会引起时空弯曲,但一个人引起的时空弯曲,远远比不上地球引起的时空弯曲,所以人类才能站在地球上,而不会漂浮。

引力和其他三大基本力相比有一个最大的特点,那就是它的作用范围是无限的,而不像其他三种力一样,只能影响小范围内的物质世界。

作用范围无限的结果,就是“当大量物质堆积于时空一点”后,该时空区域的引力强度,就会让逃逸速度大于光速,而大于光速的后果,就是这片时空区域在可见光波段“消失”,这种奇异的时空结构,就是黑洞。

宇宙中天然存在的黑洞,大都是由恒星晚年在引力作用下坍塌而成的,但物理学家们认为,黑洞的产生与否,和质量其实没有太大关系,反而和“质量密度”息息相关,因为任何一个有质量的物体都有自己的史瓦西半径,而只要把物体的体积压缩到史瓦西半径,可见光便无法逃逸,因此任何一个人,甚至是任何一粒沙子,只要压缩得够狠,就都能变成黑洞。

虽然引力无时无刻不在影响着宇宙天体运行,但人类对引力其实还“束手无策”

因为在目前的粒子物理学标准模型里,强力弱力电磁力,都被统一到了一个框架中,但引力迟迟无法和其他三大基本力完成自洽,因此有物理学家相信,人类对引力的认知其实还存在进步空间,毕竟量子力学的“引力子”,就是目前唯一没有被发现的粒子。

如果未来有物理学家能把引力和其他三大基本力,统一到一个理论中,那么这个理论就是包括爱因斯坦在内,全体物理学家们梦寐以求的“大统一”理论,而提出这个理论的物理学家,物理学成就也将超过爱因斯坦。