維基百科

重力的熵力假說

重力的熵力假說是一種關於萬有引力本質的理論假說，由荷蘭弦理論家埃里克·韋爾蘭德於2009年提出。牛頓的萬有引力定律與愛因斯坦的廣義相對論都對重力有了很好的闡述，但對其本質仍不了解。韋爾蘭德的這一理論便提供了一種可能的假說來描述重力的來源。目前這一理論還處於初級階段。

韋爾蘭德對引力的闡述可能將會修正對於牛頓萬有引力定律的看法。

歷史

這一想法的起源可以追溯到20世紀70年代中葉雅各布·貝肯斯坦和史蒂芬·霍金對於黑洞熱力學的研究。這些研究發現，重力與熱力學基本定律間有著相當密切的聯繫。1995年，特德·雅克布森（英語：Ted Jacobson）發現，通過黑洞熵公式與熱力學第一定律能夠推導出愛因斯坦場方程式。[1]隨後，更多物理學家開始研究重力與熵之間的關係。[2][3]

理論

2009年，阿姆斯特丹大學的埃里克·韋爾蘭德提出了一個全新的理論，認為重力就是一種熵力[4]。或更一般的說，是絕熱反作用力[5]，微觀上劇烈作用的疊加，將導致巨觀相對上較為和緩的變化。這一理論通過傑拉德·特·胡夫特的全像原理將熱力學與重力相結合。

根據韋爾蘭德的推導，他得出的結果是重力不是一種基本力，而是一種宏觀力，來源於熵力，本質上與彈力、壓力等相同。同時質量和慣性也是宏觀現象。他認為，重力的現象是由於兩個質量物體之間的全像表面的熵（平均資訊量）的改變導致系統能量改變所引起的。[6]他也通過統計物理與全像原理推導出了牛頓萬有引力定律與愛因斯坦理論。[6][7]根據他的理論，全像原理和量子力學才是基本原理，而愛因斯坦理論則是一種可以推導出來的現象。

在其論文預印本發布到網上20多天內，就已經相繼出現十幾篇論文進一步討論這一假想。[7]其中，包括了這一理論在宇宙學[8][9]、暗能量[10]、膨脹宇宙[11]、圈量子重力論[12]等方面的探討。另外還有相關的微觀模型也已被提出。[13]

評論和實驗測試

在此想法出現後，有部分媒體對此進行了報道，也引起了理論物理學界的很高關注，有很多人向韋爾蘭德表示祝賀。[14][15]諾貝爾物理學獎得主傑拉德·特·胡夫特認為這一想法需要繼續發展，同時稱讚韋爾蘭德關注真正的物理概念，而不是像其他弦理論家只討論抽象的數學。[15]阿姆斯特丹大學數學物理學家、荷蘭皇家科學院院長羅貝特·戴克赫拉夫對這一理念表示贊同，認為其「看上去很簡單，但非常有說服力」。麻薩諸塞州布蘭迪斯大學研究廣義相對論的物理學家斯坦利·德塞爾也認為這是一個「爆炸性事件」，同時「會挑戰牛頓、虎克、愛因斯坦制訂的金科玉律」。

但同時也有物理學家表示懷疑與反對，其中包括捷克理論物理學家羅伯斯·莫特（英語：Lubos Motl）和哥倫比亞大學數學物理學家彼得·沃伊特（英語：Peter Woit）。沃伊特認為這還是一種「很模糊的想法」。也有人認為韋爾蘭德的論證只是一種循環論證而已。[16]還有人則聲稱對此方法拋棄了數學而擔憂。 而韋爾蘭德自己則認為，「目前這還算不上理論，只是一種新的範例和框架」，並認為「挑戰現在才開始」。

利用現有技術的宇宙觀察可以用來測試理論，萊頓天文台的一個團隊統計觀察到距離超過33000個星系的中心很遠的重力場的透鏡效應，發現這些重力場與韋爾蘭德的理論一致[17][18][19]。使用傳統的重力理論，這些觀察所暗示的區域（以及從測量的星系自轉問題）只能歸因於暗物質的特定分布。

2016年6月，普林斯頓大學研究員克里斯·帕爾多（Kris Pardo）的一項研究表明，韋爾蘭德的理論與觀測到的矮星系旋轉速度不一致[20]。

相關條目

參考文獻

  1. ^ Thermodynamics of Spacetime: The Einstein Equation of State （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Ted Jacobson, 1995
  2. ^ Thermodynamical Aspects of Gravity: New insights （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Thanu Padmanabhan, 2009
  3. ^ http://www.volkskrant.nl/wetenschap/article1326775.ece/Is_Einstein_een_beetje_achterhaald （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Dutch newspaper 'Volkskrant', 9 December 2009
  4. ^ van Calmthout, Martijn. Is Einstein een beetje achterhaald?. de Volkskrant. 12 December 2009 [6 September 2010]. （原始內容存檔於2015-10-26） （荷蘭語）. 
  5. ^ 第三枚蘋果（下）. [2011-09-03]. （原始內容存檔於2011-09-22）. 
  6. ^ 6.0 6.1 On the Origin of Gravity and the Laws of Newton （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Erik Verlinde, 2010
  7. ^ 7.0 7.1 第三枚苹果（上）. limiao.net. [2010-02-11]. （原始內容存檔於2010-02-05）. 
  8. ^ Equipartition of energy and the first law of thermodynamics at the apparent horizon （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Fu-Wen Shu, Yungui Gong, 2010
  9. ^ Friedmann equations from entropic force （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Rong-Gen Cai, Li-Ming Cao, Nobuyoshi Ohta 2010
  10. ^ It from Bit: How to get rid of dark energy 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2010-01-19., Johannes Koelman, 2010
  11. ^ Towards a holographic description of inflation and generation of fluctuations from thermodynamics （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Yi Wang, 2010
  12. ^ Newtonian gravity in loop quantum gravity （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Lee Smolin, 2010
  13. ^ Notes concerning "On the origin of gravity and the laws of Newton" by E. Verlinde （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Jarmo Makela, 2010
  14. ^ The entropy force: a new direction for gravity （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, New Scientist, 20 January 2010, issue 2744
  15. ^ 15.0 15.1 万有引力之源. Keep.Doubting.Me. 2010-01-22 [2010-02-12]. （原始內容存檔於2012-09-17）. 
  16. ^ 引力熵力假说----掉进了数学陷阱. 哲學網. [2010-02-26]. （原始內容存檔於2010-05-18）. 
  17. ^ Verlinde's new theory of gravity passes first test. December 16, 2016 [2017-07-04]. （原始內容存檔於2022-01-03）. 
  18. ^ Brouwer, Margot M.; et al. First test of Verlinde's theory of Emergent Gravity using Weak Gravitational Lensing measurements. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 11 December 2016, 466 (to appear): 2547–2559. arXiv:1612.03034  . doi:10.1093/mnras/stw3192. 
  19. ^ First test of rival to Einstein’s gravity kills off dark matter. 15 December 2016 [20 February 2017]. （原始內容存檔於2022-01-05）. 
  20. ^ Pardo, Kris. Testing Emergent Gravity with Isolated Dwarf Galaxies. arXiv.org e-Print archive. 2017-06-02 [2017-06-22]. （原始內容存檔於2021-12-14）. 
取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=引力的熵力假说&oldid=84476260」