萬有引力總是正確的嗎？

01-05

最近在做些修改引力的工作，看到這個問題就過來寫寫吧。

牛頓的引力理論只在弱引力場下才適用，這差不多是物理系眾所周知的。Einstein的引力理論是現在最流行的引力理論，但是在極端引力場的時候的物理奇性，使得我們認為Einstein引力理論在這種極端情況下非常有可能是需要修正的。這種修正一般認為是量子引力修正，可能是loop gravity也可能是別的。

我不是很熟悉量子引力。因為自己專業是宇宙學，所以就談一下Einstein引力在宇宙學裡的情況。［http://astroleaks.lamost.org/?p=5374］

大部分的宇宙學的理論是在Einstein引力的範圍內做的，這種做法合情合理，直到後來宇宙加速膨脹發現和Dark energy的提出。Dark energy是中很奇怪的流體或者說場，對於這種奇怪的特性大家心知肚明，但是因為沒有更好的理論，所以大部分就暫且接受了。有些人就想，或許我們的觀測和理論的不符合是因為我們用的Einstein引力有問題。於是有人就提出了更加複雜的f(R)理論，scalar tensor理論等等。

實際上早在Einstein的理論創立之初的時候，是有很多很有競爭力的理論的，包括後來有人在Einstein理論的基礎上進行了很好的修改，（不得不提這些修改一般都會在一些特定情況下過渡到Einstein理論）但是當時大家一般並不認真對待。

所以說，到現在為止，包括舊的修改引力的理論，加上新提出的修改引力理論，是有不少的。比較著名的有f(R)理論，scalar-tensor理論，DGP模型，Galileon引力，Gauss-Bonnet引力已經更加」反動「的Lorentz violating模型等。

這些理論各有各的優勢。比如f(R)理論可以在不用引入dark energy的情況下得出宇宙加速膨脹的結論，其實就是把加速膨脹效應歸結到引力模型裡面來了。（我覺得知道Lagrangian的人都很快會想到一種最簡單的情況就是直接把Dark energy的那一項吸收到引力背景中來……剩下的問題是如何解釋）

這些模型之所以活著，就是因為他們在某些方面可以給出跟觀測相符的預測，要麼就是人們希望能夠通過進一步的修改得到與觀測相符的結論。

所以說，現在說哪種引力理論是對的，還為時過早，即便是Einstein的廣義相對論。

如果想問能不能像《On The Orion Line》裡面的文明一樣更改光速這樣的事情，或者三體三裡面一樣創造黑域的技術。那相當於去hack宇宙了，至少目前看來是不太可能的。

我們現在的想法是引力是基本定律，也就是說只能利用的那種，除非將來發現引力跟某種東西耦合，然後我們通過比較容易控制的另一種場來改變引力的行為。

我上面提到的理論中，我知道f(R)和scalar-tensor理論是具備這種潛力的理論，當然前提是將來能夠確認這些理論在一定範圍內是對的。

原問題是「萬有引力能改變嗎？」。我根據提問者自己的解釋修改了題目。

答案是，萬有引力定律不總是正確的。我們發現很多異常現象[1]，都需要更一般的理論來解釋。暗物質，量子引力，非平方反比等都是這種嘗試。

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitation#Anomalies_and_discrepancies

沒有一個定理總是正確的。科學的前進是通過證偽實現的。到了一階段會推翻公理，進入一個嶄新的視野。

把物體之間的作用看成是場而不是力就好啊，現在天文學方面的研究已經開始用這種思路了。比如地球的地心引力，其實是物體速度達不到脫離這個場的程度，場其實是空間的扭曲，不再是力的施加。