引力子

假想中传递引力相互作用的粒子

引力子，又称重力子，在物理学中是一个传递引力的假想粒子（仍未知是否真正存在）。两个物体之间的引力可以归结为构成这两个物体的粒子之间的引力子交换。

推论

守恒系统中，把运动速度作为光速在运动方向上的一个分量处理，这样建立运动方程，把时间作为速度的函数。通过能量守恒定律，建立运动能量微分方程：

再通过方程：

解得：

取地球引力子速度为光速c,则有频率f如下：

f=5.20266×10^-9

地球引力子的周期：192209343.602944s,约6.09074655876695年

地球引力子的波长：λ=2πC^2/g

λ=57622911569293200m,波长约为：6.09074655876695光年

地球引力子的能量：

约3.44731904068503×10^-42焦耳

地球引力子质量：

约3.8356597238529×10^-59kg

如此推论的结果，与相对论比较冲突，引力加速度g越大，波长越短，以上方程为脉冲振荡方程，简谐振荡不同，但是它们均是在能量守恒定律之下的结果。人类试图探测引力波，由此方程知，如果想测量引力波波长，就必须对于大质量中子星作为研究对象，只有这一类星体才具有短波长，脉冲振荡中，其平均速度约0.823c光速，也就是黑洞不可能真的存在，而存在的是灰洞，它时刻通过脉冲振荡在衰变！

量子分析

提出引力子的存在纯因为量子理论在各方面都非常成功，譬如电磁学可用光子的量化来解释（量子电动力学），而宇宙其他方面的基本作用力（弱核力和强核力）亦可用量子理论得到描述；人们自然希望量子理论亦能解释重力，故假想有一种未发现的引力子存在，其性质与光子类似，而最终可发展出量子引力理论。可是这种理论的数学运算十分复杂且无法自洽。

主要性质

为了传递引力，引力子必须永远相吸、作用范围无限远及以无限多的型态出现。在量子力学中，引力子被定义为一个自旋为2、质量为零的玻色子。在M-理论中，引力子被定义为自由的闭弦，可以被传播到宇宙膜外的高维空间以及其它宇宙膜。

发现历史

早在300多年前，物理学家牛顿就发现了万有引力定律。根据它，科学家们成功地解释了行星的运动、月球的运动、潮汐形成的原因等科学难题，并且在1846年发现了海王星。计算人造卫星、宇宙飞船等航天器的轨道，仍然离不开万有引力定律。但是，随着人类认识范围的扩大和深入，人们发现万有引力定律也有不完善的地方，它本身还存在一些费解的问题。比如说，按照万有引力定律，两个物体不管相距多远，都会产生万有引力。这个万有引力从一个地方传到另一个地方，速度居然比光速还要快，这种力是靠什么传递的呢？

1913年，物理学家爱因斯坦针对这个问题提出了万有引力场论。他认为任何物体周围都存在引力场，而引力场存在于弯曲的时空里，引力场是通过引力波传播，而引力波是通过引力子使物体相互吸引的。

但这只是爱因斯坦的预言，引力子真的存在吗？这个问题成了物理学家们争论的焦点。看起来，只有找到引力子，才能证实爱因斯坦的新引力论。

为了寻找引力子，科学家们做出了不懈的努力。有一些科学家在宇宙中寻找能产生引力子的源泉，并取得了进展。从1974年到1978年底，他们在波多黎各用天文望远镜，对15000光年远的射电脉冲双星进行了观测，间接地证实了引力子的存在。这个发现鼓舞了人们，科学家研制了高灵敏度的激光干涉仪，只要引力子一出现，它们就能被认出来。如果找到了引力子，物理学和天文学将会发生天翻地覆的变化，在应用技术上也将开辟一个新局面。比如把引力子应用到通讯上，将会出现引力电视、引力电话、引力望远镜，并且还能利用引力子跟外星人联系。然而，引力子究竟在哪里还是个谜。

20世纪90年代后期，天文学家发现宇宙正在加速膨胀。为解释这一现象，科学家提出宇宙中存在一种暗能量驱动宇宙加速膨胀。然而根据理论预测，暗能量应该比天文学家目前观测到的宇宙膨胀加速现象所需要的能量要大得多。但如果宇宙按照这个“剧本”走下去，会在恒星和星系形成前就分崩离析。如今我们仍然能够安然无恙，显然这一推测并不符合实际。2010年，美国凯斯西储大学宇宙学家克劳迪娅·德拉姆提出了一个观点——如果引力子会吞噬暗能量，那么宇宙就会以一种“可以接受”的速度加速膨胀。引力子不仅能够帮助推动暗能量的研究，甚至有科学家怀疑引力子就是暗能量。曾有人提出，引力子的自作用在大尺度下可以有斥力项存在，这一特殊的性质不仅使得它可以作为宇宙暗物质和暗能量的候选者，同时亦可能对于解释宇宙的构成及演化起到一定的积极作用。

2024年3月28日，记者从南京大学了解到，物理学院杜灵杰教授团队在量子物理研究方面取得重大进展。他们通过自主设计、集成组装的极低温强磁场共振非弹性偏振光散射系统，在世界上首次观察到引力子激发，即引力子在凝聚态物质中的新奇准粒子。引力子激发是凝聚态物质中的一种准粒子或者集体激发现象，它具有引力子特征，但不是一种真正的粒子。这些结果从自旋、动量和能量角度充分提供了引力子激发的实验证据。这些发现，是引力子这一概念被提出以来，首次在实验上发现具有引力子特征的准粒子。实验结果为在凝聚态系统中研究量子引力相关物理开辟了新的视野，为拓扑量子计算的分数态波函数验证奠定了实验基础，开辟了拓扑关联物态几何效应实验研究的新方向。3月28日，国际顶级学术期刊Nature在线发表了杜灵杰教授及其合作者的论文。

相关考证

引力子是否存在，仍是物理界的一个神圣话题。有许多学者试图用仪器来探测它存在的真实性，最终都没有得到理想的结果，对于它的存在仍然是一个谜。

从量子引力的观点出发，引力子是必定存在的。引力在量子化时，引力能量可以是一份一份的，引力能量必须由引力子作为载体将能量传递到无限远处。这是存在引力子的一种理由。

引力子同其它媒介子一样，是传递能量的粒子。例如光子，光子是一种传递电磁波能量的媒介子，引力子与光子的行为极其类似，它以传递引力波能量而存在。在宇宙中，引力波实质上是引力的扰动。天体的旋转，坍缩，相撞等方式都会产生引力波，引力波在宇宙中是普遍存在的，因此必定存在引力子，这是引力子存在的另一个理由。

宇宙中必定存在引力子，否则宇宙将不会是人们看到的这个样子。

引力能量波

宇宙中的星球由物质构成，物质由分子构成，分子由原子构成，原子由原子核和围绕原子核旋转的电子构成，电子相对于原子核来说，电子质量太小，这里不考虑电子的引力问题，原子核由质子和中子组成，质子和中子质量相等，质子带正电，中子不带电，这里不考虑带电问题。不同的原子质量不同，但基本上与质子和中子数之和成正比，这样星球的质量基本与中子和质子的数量之和成正比，可以认为质子和中子是星球物质的最小质量单位，虽然质子和中子由夸克组成，但是一个质子中的夸克和基本粒子质量之和远远小于一个质子的重量，它不能作为质量的最小单位处理。这里将质子和中子统称为核子(下同)，其质量为1.67 × 10^−27 kg，直径为1.6 × 10^−15 m。

引力具有波的特性，引力场具有类似电磁场的特性，为了和传统意义上的引力波加以区别，这里把引力这种波特性称作引力能量波。引力场是能量场，由共振的原理知道，当引力能量波的波长与核子直径相等时，才可以形成共振，此时引力子通过共振，才可以将引力场的能量传递给处在引力场中的核子。假设引力能量波的波长与核子的直径相等为：

假设引力能量波的传输速度与光速相等，则频率为：

周期为：

可以看出，引力能量波的频率高于已知γ射线的频率。由于自然界无法人为制造这样高频率的测试设备，人们无法观测到这么高频率的能量波。频率越高穿透力越强，γ射线可以穿透部分物体，比γ射线更高的引力能量波可以穿透任何物质。

质量的最小单位是质子和中子(核子)，每个质子和中子(核子)单位(1 s)时间最多可以发出0.937 × 10^23个引力子，引力子直径小于10^−20 m，两星球的引力与引力子传递的能量成正比，引力的作用距离是有限的。

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