薛妖怪食物中毒（薛饿放屁奇遇记）

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——扩展猫粮——

日本有个叫大栗博司的科学家，研究引力已经几十年了，原因就是觉得它又神秘又有趣。但每当他去孩子学校出席家长会的时候，被初次见面的家长寒暄询问“您从事哪方面工作”，只要他回答“我在研究引力”，对话立刻就进行不下去了。

为什么引力这种在麻瓜眼中堪称“冷场神器”的话题，却令科学家们那么着迷呢？看了这篇文章，你的心中就会有答案了。

过于弱小的家族成员

引力，是整个宇宙中无所不在的力量。星球运动、黑洞产生、苹果掉下来砸到牛顿或者你的脑袋上，这些都是引力的功劳。可以说，引力是宇宙中处于支配地位的力，与天体、生命的诞生息息相关。

引力的地位这么重要，那它的力量一定很强大吧？

恰恰相反！相比力の大家族里的其他三位成员，引力可以说是相当地弱，出奇地弱了！

力の大家族里的成员——电磁力，强（核）力，弱（核）力，引力，他们是自然界的四大基本力。别看弱力带个弱字，但其实引力的大小才是最弱的，和其他三个力完全不在一个数量级。引力仅有电磁力的大约 1/10^36，强力的 1/10^38 和弱力的 1/10^25，或者说，电磁力、强力和弱力分别有引力的 10^36、10^38、10^25 倍那么大。都是你手动输入 0 还要输入好一会儿的数字。

如果这样说你还没概念，那么请你找一块磁铁，从上方吸住一枚铁钉。你可以看到，铁钉虽然在被地球的引力向下拽，但一块小小的磁铁产生的磁力足以让铁钉被牢牢吸在空中，而不会落到地上。一块小磁铁就可以对抗整个星球的引力，可见磁力比引力强大了太多太多。

虽然弱鸡但有用

你或许会开始感到奇怪，既然引力如此弱鸡，轻而易举被其他力虐成渣渣，它为什么还能主宰整个宇宙和各个星系的命运和格局？为什么其他三个那么强悍的力，没能成为宇宙层面的主宰呢？

首先，强力和弱力都是短程力，一般只在亚原子尺度上起作用；而电磁力虽然力程大，但它涉及正负两种电荷，同属性会相斥，异属性会相吸，这意味着在大尺度上，电磁力是可以相互抵消的。

而引力就不存在这种情况，引力是单向的，只能叠加，不能抵消。我们中学物理课上都学过万有引力的公式，知道引力和质量成正比，而质量不存在“为负数”的情况，因此天体的质量越大，引力就越大。

比如地球这个天体，基本上正电荷和负电荷都各占一半。太阳基本也是，虽然事实上它们可能会存在正电荷比负电荷稍微多一点或者少一点的情况，没有那么恰好是完全的电中性。但在宇宙层面上，太阳和地球的质量之巨大决定了它们之间可以产生可观的引力，与之相比，它们带的那些多余正负电荷，就微不足道了。

这就是为什么在宇宙层面上，很弱鸡的引力能战胜比它强 10^36 倍的电磁力成为宇宙的主宰。

和其他成员格格不入

说到这里，你会发现为什么引力和其他三种力比起来画风如此不同呢？其他的三种力都是它的 10 的 30 几次方倍那么大，只有它小得可怜；其他三种力还都会根据物体属性表现为吸引或者互斥，只有它是单向的。引力为什么各方面都显得那么的不合群，和其他家族成员根本不像是同个爹妈生出来的呢？

科学家们也觉得这件事很违和，一直尝试对把这四种基本力强行看成“一家人”，进行一个统一的解释。这大概是一种科学探索的信仰，大部分的科学家都相信着自然中存在着一个大一统理论，能够描述所有的现象。

1967 年到 1970 年代间，有一群科学家基于杨振宁和他的学生米尔斯提出的“杨-米尔斯(Yang-Mills)理论”，建立起了一个叫做“标准模型” (Standard Model)的框架，强力、弱力、电磁力的产生，都可以放到这个统一的框架中描述和解释。

它隶属量子力学的体系。在标准模型理论体系里，力的发生都可以用粒子的交换来解释。到目前为止，几乎所有对以上三种力的实验的结果都合乎这套理论的预测。有了标准模型以后，可以说是这三种力已经被统一了。

但是这套量子理论还是没能解释“引力”这个另类家族成员。

如果非要“强行解释”的话，科学家们只能假象出一种粒子叫“引力子”。认为引力之所以存在，就是靠这个引力子在物体之间进行传递和交换。而且由于引力体现出的单向性，引力子必定永远都是相吸的，不会相斥。

按照这个理论，当你站在地面的时候，即：你跟地球之间“发生引力”的时候，你身体的所有粒子都在和地球的所有粒子时时刻刻进行着持续交换。想想还真是有一种自带魔法的玄妙感。

当然，这只是量子理论学派的一个猜想。只有能证明引力子真实存在，这个理论才能真正站得住脚，这四大力才能算彻底被量子理论统一起来了。那样的话，引力也就真正融入了这个大家族，不再显得那么特“力”独行了。

为了寻找引力子存在的“实锤”，科学家们做出了不懈的努力，试图用仪器来探测它在宇宙中存在的真实性，但遗憾的是，都没有得到理想的结果。引力子是否存在仍然是一个谜。我们也完全可以怀疑这个理论其实是错误的。

爱因斯坦的神预测

对引力的另一派解释，是 1915 年爱因斯坦提出的广义相对论。

这个理论认为引力是时空弯曲而导致的。 质量（或能量）的存在会弯曲它周围的空间。我们的宇宙就如同一块有弹性的“时空膜”，膜上的天体不断对宇宙空间形成挤压力，于是时空就发生了变化，形成了扭曲。

而地球之所以会围绕着太阳转，是因为体积和质量无比巨大的太阳扭曲了它周围的时空，地球和其他行星，就会沿着这个弯曲了的时空进行运动。

爱因斯坦在此基础还提出了引力波的猜想，认为这种时空弯曲造成的“形变”，可以在宇宙中以波的形式向外传播。就如同你把手指放在脸盆中心搅动，会在水中激起涟漪，扩散到脸盆的边缘一般。而引力波，就是“时空的涟漪”，在真空中传播的速度为光速。

当然，就像科学家们在努力寻找引力子一样，有一批科学家也在拼命去确认引力波的存在。后来的事情大家也都知道了，2015 年底，科学界出了个大新闻，LIGO（激光干涉引力波天文台）的科学家们终于首次探测出了引力波。之后的几年前，通过黑洞的合并、中子星的碰撞事件，科学家们又陆续探测出好几次引力波。

至此，广义相对论对引力的猜想已被完美证明。但科学家们对引力的探索还没有结束，毕竟，广义相对论所诠释的引力原理还没有和量子力学对引力的量子化猜想达成统一。为了补上这一块缺失的拼图，达到真正的“大一统”，科学家们还有很长的路要走。

本期的内容和猫粮插图参考自《一想到还有95%的问题留给人类，我就放心了》，这是一本充满冷笑话和沙雕脑洞的物理科普，足以撑起薛饿十期选题。

<完>