Как именно работает гравитация?

Вы совершенно правы в том, что другие фундаментальные силы Природы обладают частицами-посредниками, например, фотон для электромагнитной силы. Для гравитации была постулирована частица гравитона , которая включена в пять стандартных теорий струн, которые являются кандидатами на роль квантовой гравитации. С точки зрения квантовой теории поля гравитон возникает как возбуждение гравитационного поля. Теория струн, разумеется, постулирует, что она возникает в спектре замкнутой струны.

Масса, безусловно, порождает гравитационное поле, но также и многие другие величины, согласно уравнениям поля общей теории относительности. Поскольку вы старшеклассник, я представлю их как

Геометрия пространства-времени и, следовательно, гравитационные эффекты приравниваются к материи, присутствующей в системе, которая может включать в себя энергию , давление и другие величины, отличные от массы.

С точки зрения общей теории относительности гравитационное поле можно рассматривать или интерпретировать как искривление пространства-времени, которое представляет собой многообразие, т. е. поверхность. Если мы считаем пространство бесконечно большим, то гравитационное поле должно простираться бесконечно; иначе где бы мы выбрали усечение? Даже с ньютоновской точки зрения мы видим, что, учитывая уравнение,

гравитация должна простираться бесконечно, так как мы никогда не достигаем точки$r=\infty$где он действительно равен нулю.

Как вы спросили, если постулируется гравитон, то зачем нужно поле? Ну, мы знаем, что число частиц не сохраняется ; мы можем иметь виртуальные пары частиц и античастиц, и поэтому идея о том, что поле распространяется в пространстве, а частицы являются возбуждениями поля, является более совместимой точкой зрения. Кроме того, понятие поля возникает из-за локальности . Из эмпирических данных мы знаем, что гравитация и электромагнетизм не действуют мгновенно в каждой точке.

Поскольку вы не совсем понимаете ответ JamalS, я постараюсь объяснить вам его короче и проще.

Если со всеми другими силами природы связаны некоторые частицы, почему гравитация должна быть исключением?

Нет, это не исключение. Физики считают, что частица для гравитации (называемая гравитоном) существует, просто они ее еще не нашли. Стандартная модель не имеет гравитации, но может иметь расширенную Стандартную модель. Благодаря теории струн.

Что такое гравитационное поле и как оно распространяется на бесконечное расстояние и вызывает действие гравитационной силы?

Это именно пространство и время. Как появляются пространство и время? Большой взрыв. Как действует гравитация? Изменение пространства и времени дает вам силу гравитации. Как изменение положения дает вам скорость ($v=\Delta x$), изменение энергии дает вам работу ($W=ΔKE$). Изменение очень важно, оно даст вам еще одну интересную сущность. Если вы изучали дифференциал, то теперь знаете, насколько это важно: описание изменения .

Говоря об изменении пространства и времени, я не имею в виду, как автомобиль едет по городам с утра до вечера. Я имею в виду, что машина сама меняет форму времени и пространства.

Из Википедии :

Материя изменяет геометрию пространства-времени, и эта (искривленная) геометрия интерпретируется как гравитация.

Я не думаю, что другие ответы ясно кричали, что мы не знаем . Да, у нас есть (довольно замечательная) общая теория относительности (ОТО), которая прекрасно объясняет действие гравитации.

Он делает это, связывая наличие массы (строго «энергии напряжения») со структурой пространства-времени. В нем также говорится, как этот эффект распространяется в пространстве и времени. Итак, с классической точки зрения само пространство-время можно рассматривать как гравитационное поле.

Чего он не говорит, так это того, как пространство-время может взаимодействовать с массой.

Мы ожидаем , что задействован процесс типа квантовой теории поля, и для его определения требуется много работы. Связь ОТО и квантовой теории фактически является фундаментальной проблемой теоретической физики.

Одной из ключевых проблем в решении этой проблемы на самом деле является сам успех ОТО — у нас нет экспериментальных доказательств того, что она не работает, и, следовательно, мы не можем указать, где ее можно улучшить с помощью квантовых эффектов.

Гравитация имеет классическое описание, называемое общей теорией относительности (ОТО), и она адекватно описывает «силу» гравитации как следствие геометрии пространства-времени.

Однако искривленное пространство вокруг гравитационного тела является приблизительным описанием более точной квантовой теории гравитации, которая в конечном итоге заменит ОТО, поскольку ее можно применять к микро- или макроскопическим системам. ОТО заменила ньютоновскую парадигму, но описание гравитации как «псевдосилы» делает шаг назад. Никто никогда не скажет, что парашютист погиб из-за того, что его парашют не раскрылся в этом искривленном пространстве.

В этом отношении вид человека, падающего с неба, является прямым путем и снова не может объяснить даже гравитационную постоянную Ньютона . Кривые проходятся дольше, чем прямые линии, и это доказывает гравитационная линза света. У меня есть еще много чего сказать по этой теме, но я ограничусь общепринятыми средствами.

Гравитация как теория поля показывает, что частицы движутся из-за искривления пространства-времени — поле здесь и есть само пространство-время.

Электромагнетизм — это теория поля, а свет — это просто волны в электромагнитном поле, которое соприкасается с пространством, которое его несет.

Оба приведенных выше описания являются классическими .

КМ, а затем и КТП показали, что мы должны квантовать поля. Так проявляются кванты поля; тогда мы имеем фотон как квант поля электромагнитного поля, а также гравитон как квант поля существенно пространства-времени.

Тогда как фотон имеет экспериментальную поддержку - фотоэффект и теоретическую - КЭД; этого нельзя сказать о гравитоне.

Гравитон появляется в спектре частиц для теории струн, что является одной из причин, почему эта теория преследуется.

Моя теория состоит в том, что гравитация является результатом неполного нейтрализации электромагнитных сил атома из-за того, что между зарядами существует пространственное разделение . Если это верно, то гравитон имел бы «похожие» свойства на фотон, но очень слабые ($Eg = Ep \times 10 ^{-39}$), по этой причине он не был найден.