引力子到底是个啥玩意？南京大学发现了它的影子

引力子到底是什么，它真的存在吗？要弄清这个问题，必须从四种基本力说起。

如果说，我们理解的世界万物都是受到某种力的控制，肯定会有许多人不相信。因为这个世界亿万种事物五彩斑斓有动有静，怎么可能都受力的控制呢？但我们日常观察到的事物都只是表象，而科学发现和研究则是追究事物更深层次的本质。迄今为止，科学发现我们世界上所有的事物都是受到四种基本力控制，它们就是引力、电磁力、强力、弱力。你信也好，不信也罢，但这就是迄今为止最接近真相的世界本质。

当然，科学永远在路上，科学发现和研究只是现阶段的真相，随着人类对世界进一步深入的认识，现在的发现和理论会被新的理论所取代，这是毋庸置疑的。但不能因为未来可能出现更接近真相的发现，就否定现在已经发现的阶段性真相，这才是科学的态度。所以，现阶段我们的世界就是在四种基本力的控制下运动变化。

这四种基本力作用的距离和层面不一样。引力是最弱的力，但又是控制距离最远的力，其影响力无限远；电磁力比引力强十的三十七次方倍，影响距离同引力一样也是无限远；弱力虽然很弱，但强度也是引力十的二十六次方倍，不过影响距离是最短的，短到连电子显微镜也看不到，只有十的负十八次方米，影响范围只在夸克、电子、中微子等基本粒子层面；强力是最强的力，是引力十的三十九次方倍，影响距离也非常短，但比弱力要远一千倍，即十的负十五次方米，因此影响范围只在原子内部层面，如约束原子核和电子的运动等。

而这些力并不是凭空发生作用的，每种力都有自己的传递媒介，人们把它们称为传播子。就像人们在玩球传递游戏一样，每个人之间的交换媒介就是球，传出球接住球，再传出再接住，循环往复，其本质是能量的传递。而四种基本力也需要这种媒介，也就是传播子，才能够实现能量的传递。

研究认为，传递电磁力的传播子为光子，传递强力的传播子为胶子，传递弱力的传播子为弱玻色子。这三种力的传播子已经被实验所证实真实存在。比如传送电磁作用力的光子，上世纪初就被证明存在。人类正是依靠光子对视网膜的作用，才能够看到世界上的一切。可以说，没有光子就相当于没有这个世界的一切。

人们通过对光子的研究，知道了不同能量的光子，具有不同的波长和频率，因此，这个世界的任何物体都会发出的电磁辐射，不但有可见光被人眼看到，还有不可见的无限电波、红外线、紫外线、X射线、γ射线，可以被人类发明的各种仪器设备探测到。对光子的深入了解，让人类前进了一大步。后来，科学发现了传播强力的胶子和传播弱力的弱玻色子，从而又对物质更深层次得微观层面~量子力学得研究有所突破，带动了人类文明一波新的进步，尤其是信息化、智能化的发展。

既然四种基本力已经发现了三种力的传播子，科学家们推断，引力能量的传播子也应该存在，这种假定存在的引力传播子被称为“引力子”。这就是引力子的由来，也解释了什么是引力子这个问题。

最早提出引力子假说的是罗伯特·爱因斯坦。早在一九一三年，爱因斯坦在提出了引力场论时认为，引力场是通过引力波传播，而引力波是通过引力子的能量传递才发生相互作用的。为了寻找到引力子，一百多年来，科学家们作出了不懈的努力，虽然取得了一些进展，也有的科学家间接证实了引力子的存在，引力波也在2016年被探测到，但引力子的真实样貌仍然是无踪无影，迄今还只能停留在知其有，但不知其所踪的状态，引力子的真实存在并没有被观测到。

这不得不说是一个很大的遗憾。上世纪爱因斯坦创立伟大的相对论，量子力学也蓬勃兴起，科学界就梦想着建立一个大统一理论，爱因斯坦是最早的热衷者。所谓大统一理论，就是将宏观和微观事物的本质，也就是主导世界的四种基本作用力，能够统一到一个笼子里，或者说能够采用一个最简洁优美的公式，来解释这四种作用力，也就是解释整个世界。

这是因为越接近本质的真相，道理就可能越简单。这个世界一直都这样，就像爱因斯坦发现的质能方程E=MC^2，洞悉了这个世界所有物质与能量存在着极简的等价互换关系。又比如，要把人类和其他动物区分既有很复杂的解释，也有大道至简的一句话说明，就是人有思想，是其他动物没有的，这就是本质的区分。科学家们相信，只要把四种基本力用一个极简的公式统一起来，大统一理论的梦想就能实现。

现在，四种基本力的传播子已经找到了三种，经过科学家努力，弱力和电磁力两种力统一到一个框架的理论，上世纪的一九六七年就已经被物理学家温伯格所完成，温伯格所预言的中间玻色子W和Z，在1983年被欧洲核子研究中心找到。现在，弱、电、强三种力的统一理论也不断有所进展，只有引力依然独立于其他三种力以外，现在还毫无头绪。这和引力子迄今没有发现有着密切关系。没有找到引力子，就无法真正了解引力传递的真相。因此，发现了引力子，人们对引力的本质揭示就更深了一步，就可能得到了大统一理论的钥匙。

最近，南京大学传来好消息，说是找到了引力子的“影子”。这并不是说已经找到了引力子，只是不能再说引力子无影无踪了，只要继续追踪这个影子，引力子本真或许就有可能很快露面了。这当然也是对引力子存在的一种间接证实。这个影子是咋回事呢？早在十年前，诺贝尔奖获得者霍尔丹就预言，分数量子霍尔效应中可能存在着类似引力子的准粒子激发，也被称为“分数量子霍尔效应引力子”。

而南京大学的实验，就是证实了这个预言。严格意义上来说就是找到了引力子的某种替身，这种替身并非真实的粒子，而是准粒子的激发态，因此才叫“影子”。虽然这次发现并非真正的引力子，但仍然具有研究价值，甚至可以模拟量子引力理论内容。

有关报道介绍，这种发现属于凝聚态物理范畴，实验的难度非常大，是在砷化镓量子阱中发现的。这种阱里的温度要非常接近绝对零度，即只有负二百七十三点一四摄氏度，距离绝对零度也就是十毫开尔文。出现这种效应，还要达到极强的磁场，即10T，相当地球磁场的二十万倍。测量要求也非常高，极低温度下测量这种极低能量（约70GH在）的准粒子，还要用圆偏振可见光，挑战了非弹性拉曼散射实验的极限。

这次实验数据得到的证据，非常吻合霍尔丹预言的“分数量子霍尔效应引力子”，因此实验的成功具有重大意义。这个成果，也证明了杨振宁一再推崇的凝聚态物理研究潜力很大，发现新粒子的能力可以与欧洲大型强子对撞机相媲美。

好了，再说下去就越来越深奥晦涩了，我自己也是似懂非懂，就不展开说了。总之一句话，引力子的发现非常非常重要，一旦发现可能让世界科学大大推进一步，有人甚至把它提升到可以掌握与外星人沟通的工具的高度。而南京大学的这次发现，虽然是个好消息，但距离找到真正的引力子，还有很长的路要走