科学史上的最大谜团：万有引力

■刘岩

万有引力是人类最早认识的一种相互作用。1687年，牛顿在其出版的《自然哲学的数学原理》一书中就提出了这一概念。牛顿利用万有引力定律不仅说明了行星运动规律，而且还指出木星、土星的卫星围绕行星也有同样的运动规律。他认为月球除了受到地球的引力外，还受到太阳的引力，从而解释了月球运动中早已发现的二均差、出差等。另外，他还解释了彗星的运动轨道和地球上的潮汐现象。

然而，这个最早被人类所认识的相互作用，却又是困惑人类时间最久的谜团。早在笛卡尔时代，人类就试图找到引力的根源，但时至今日，问题依然没有答案。

爱因斯坦的广义相对论曾经将引力的本源向前推进了一步。但是，爱因斯坦的理论仍然是一个“唯象”的理论，只是将引力问题替换成一种新的表达方式，用四维空间的弯曲来描述；但是在引力源——也就是含有质量的这一项上，爱因斯坦的理论与牛顿的引力理论相比没有任何进步。

目前，人类已知的所有粒子都有质量，甚至是被称为“宇宙幽灵”的中微子，前几年也已测出了它的质量。所以，可以这样说，引力可以和所有的基本粒子发生耦合——即相互作用。

也许正是由于引力的这一特性，才激发了苏格兰的理论物理学希格斯设想将质量的来源假设为一种真空涨落。由于所有的粒子都存在于真空背景之中，所以，真空涨落就可以作用于任何粒子。用真空涨落来解释质量的来源似乎可以说得通，这就如同在海面上生活的渔民天天感觉到海浪的冲击一样。

希格斯的设想在20世纪80年代被发扬光大。人们拓展了这一理论，甚至在理论上预言了赋予任何粒子质量的粒子——希格斯子。

但是，时至今日，人们既没有在太空观测到，也没有在粒子加速器上发现希格斯子的踪迹。

是自然界在和人类捉迷藏，还是人类的认识出了偏差？答案似乎很明确，自然界天天在和人类捉迷藏，人类的理论无法触及引力的本源。

时至今日，引力的本源问题已经成了物理学史上最大的悬案。

自然界也许真的在愚弄人类，让人类最早认识引力，但又将引力的本源深藏于自然的深处，用4个世纪的时光与人类捉迷藏。

目前，理论物理学家回过头去整理人类关于引力本源的探索历程，比较一致的看法是：引力的本源深藏在质量之中，既牛顿万有引力方程中的引力常数之中。这个常数，同样出现在爱因斯坦的广义相对论引力方程右边的项中。

现在，人类的认识已经深入到了构成质子、中子的基本单元——夸克，并确定自然界中夸克的种类一共有6种，而且夸克有“渐近自由”的基本性质。但是，夸克是由什么构成的？夸克的荷电机制是什么？这些更基本的问题依然没有答案。

虽然喧闹一时的弦理论声称可以解释夸克的性质及粒子荷电的机理，但是，弦理论却又提供不出任何可供人类从实验上验证这些机制的可行方法。因此，弦理论似乎更像是“数学游戏”，而非物理理论。

从笛卡尔到牛顿，又到爱因斯坦，直至今天，引力的本质成了物理学天空中一团最大的迷雾。粒子物理学的进步非但没有帮助人类解开引力之谜，反而将引力问题更加复杂化了。特别是20世纪90年代发现宇宙暗物质之后，引力和暗物质之间的关系更是让这一谜团谜上加谜。可以肯定，暗物质和引力的本源有最直接的关系。但是，暗物质是什么？由什么粒子或者什么量子态构成？这些难题更是试图揭开引力之谜道路上遇到的新谜团。

引力似乎成了一个由谜团构成的魔盒，打开外面的大盒子，发现里面又装着几个小盒子；打开一个小盒子，又发现小盒子里面是更小的盒子，无穷无尽。

引力的本质已经成了挑战人类智力的最大游戏。这个游戏由笛卡尔、牛顿拉开序幕，而演出仍在继续，并且看不到终点。