如果没有重力会怎样?

一位陶森大学的物理学家说,宇宙将是平坦且没有特征的。更难的是:如果宇宙形成后在某个时间点关闭重力会怎样?

没有什么比感冒更让人珍惜健康的了。宇宙的状态也是如此:稍微调整一下基本物理定律或常数,这些定律和常数通常被完美“微调”到合适的数值,以使恒星、行星、原子和我们所知的生命能够繁荣发展,这可能会使事情变得非常不同——而且相当不愉快。想象这样一个“怪异”的宇宙可能会让你更加珍惜常态。

例如,考虑一下,如果宇宙只形成了三种基本力而不是四种,那么它会变得多么可怕地难以辨认——如果电磁力、强相互作用和弱相互作用都与我们所知的一样,但是第四种力,即把一堆岩石拉在一起形成地球并且仍然使你的脚稳稳地踩在地球上的力,从未存在过,那会怎样呢?如果没有重力会怎样?

想象一下一片荒凉的废土。马里兰州陶森大学专门研究引力的物理学家詹姆斯·奥弗杜因认为,一个没有重力的宇宙将是“完全平坦且没有特征的”。奥弗杜因解释说,重力只是时空曲率的另一个术语——宇宙结构在给定位置的陡峭或平缓程度(从而决定了物体向曲率源落下的可能性)。正如放在蹦床上的保龄球会使其表面弯曲一样,是物质和能量的存在导致时空弯曲。因此,如果宇宙不能弯曲(因为不存在重力),那么宇宙内就不会有物质或能量。


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“这将是一个无聊的宇宙,”奥弗杜因告诉《生活中的小奥秘》。[6件在太空中发生奇怪的日常事物]

为了避免无聊,让我们考虑另一种情况:如果宇宙形成有重力,并且正常发展到时空中的某个时刻,然后突然,重力关闭了,那会怎样?

据奥弗杜因说,爱因斯坦证明了你不能改变被称为“G”的引力常数——这样做在数学上根本行不通,所以物理学家无法这样做,并且仍然可以理解接下来会发生什么。但是,有两种替代方法可以在让宇宙的所有其他物理定律继续工作的同时关闭重力。

一种绕过常数的方法是操纵一个较少使用的物理模型(但该模型仍然产生与爱因斯坦的宇宙图等效的图),该模型认为 G 是弥漫时空的一个场,而不是一个常数。它被称为“标量场”,它在描述宇宙的运作方式方面与 G 一样有效,只是在数学上,与常数不同,它的强度允许在时间和空间上变化。

将标量场在所有地方都调到零本质上会使宇宙变平。物体将不再相互吸引,因为没有斜坡供它们滑落。相反,它们会向重力阻止它们前进的任何方向飞去。回到蹦床的比喻,删除重力会导致蹦床突然变平,保龄球会朝各个方向滚动。

或者,你可以摆脱希格斯场,这是一个由臭名昭著的希格斯粒子产生的弥漫所有空间的场。“所有基本粒子都通过与这个场的相互作用获得质量,有点像通过浓稠的糖浆时被‘减速’,”他说。“如果希格斯场降至零,糖浆就不会有厚度,所有基本粒子……都会自由地飞来飞去,并变得没有质量。”由于没有质量,它们将无法弯曲时空,因此不会有重力。最重要的是,它们将开始以光速移动,抛弃它们过去在原子内部一起玩耍的其他粒子。

如果在上述任何一种戏剧性的方式中重力突然消失,地球上会发生什么? “我预计[地球的]组成部分,包括它的大气层、海洋以及我们等等,都会漂移开甚至飞散开,假设地球仍在旋转,”他说。

我们会喘不过气来,但这将是我们最小的问题:我们还会抓住我们体内的原子,甚至是那些原子中快速散射的粒子,同时感叹时代的变化!

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