物理學(xué)的四大基本力量

物理的基本力(或基本相互作用)是單個(gè)粒子相互作用的方式。事實(shí)證明,在宇宙中觀察到的每一個(gè)相互作用都只能被四種類型的相互作用分解和描述:

  • 重力
  • 電磁學(xué)
  • 弱相互作用(或弱核力)
  • 強(qiáng)相互作用(或強(qiáng)核力)

重力19 20

在基本力量中,重力的范圍最遠(yuǎn),但它在實(shí)際幅度上最弱。

這是一種純粹的吸引力,它甚至可以通過(guò)"空"沒(méi)有空間相互吸引兩個(gè)質(zhì)量。它使行星保持在太陽(yáng)周圍的軌道上,使月球保持在地球周圍的軌道上。

重力是在廣義相對(duì)論下描述的,廣義相對(duì)論將其定義為質(zhì)量物體周圍的時(shí)空曲率。反過(guò)來(lái),這種曲率產(chǎn)生了能量最小的路徑朝向另一個(gè)質(zhì)量對(duì)象的情況。

電磁學(xué)

電磁學(xué)是粒子與電荷的相互作用。靜止的帶電粒子通過(guò)靜電力相互作用,而在運(yùn)動(dòng)中它們通過(guò)電力和磁力相互作用。

長(zhǎng)期以來(lái),電力和磁力被認(rèn)為是不同的力,但它們最終在1864年由James Clerk Maxwell在Maxwell's方程下統(tǒng)一。在20世紀(jì)40年代,量子電動(dòng)力學(xué)用量子物理學(xué)鞏固了電磁學(xué)。

電磁可能是我們世界上最普遍的力量,因?yàn)樗梢栽诤侠淼木嚯x和相當(dāng)大的力量下影響事物。

弱相互作用

弱相互作用是一個(gè)非常強(qiáng)大的力量,作用于規(guī)模原子核。它會(huì)導(dǎo)致β衰變等現(xiàn)象。它與電磁學(xué)相結(jié)合,成為一種稱為"弱電相互作用的單一相互作用。"弱相互作用由W boson介導(dǎo)(有兩種類型,W+和W-bosons)以及Z boson。

強(qiáng)相互作用

最強(qiáng)的力量是恰當(dāng)命名的強(qiáng)相互作用,這是使核(質(zhì)子和中子)結(jié)合在一起的力量。例如,在氦原子中,即使它們的正電荷導(dǎo)致它們彼此排斥,也足以將兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合在一起。

實(shí)質(zhì)上,強(qiáng)相互作用允許稱為GluON的粒子結(jié)合在一起,首先創(chuàng)建核子。GluON也可以與其他GluON相互作用,這使得強(qiáng)相互作用在理論上是無(wú)限的距離,盡管它的主要表現(xiàn)都處于亞原子水平。

統(tǒng)一基力

許多物理學(xué)家認(rèn)為,所有四種基本力量實(shí)際上都是尚未發(fā)現(xiàn)的單一基礎(chǔ)(或統(tǒng)一)力量的表現(xiàn)。就像電力,磁力和弱力統(tǒng)一為弱電相互作用一樣,它們也起到統(tǒng)一所有基本力量的作用。

目前對(duì)這些力的量子力學(xué)解釋是粒子不直接相互作用,而是表現(xiàn)出介導(dǎo)實(shí)際相互作用的虛擬粒子。除重力外的所有力都已合并為相互作用的標(biāo)準(zhǔn)模型。

將重力與其他三個(gè)基本力統(tǒng)一的努力稱為量子重力。它假設(shè)存在一個(gè)稱為重力的虛擬粒子,它將是重力相互作用中的中介元素。迄今為止,gravitons尚未被發(fā)現(xiàn),也沒(méi)有量子重力理論成功或普遍采用。

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