你了解自然界的四种基本力吗？主宰宇宙中发生的一切

据国外媒体报道，宇宙中各种各样的物理力量无处不在。从在路上行走到发射火箭，再到把冰箱贴在冰箱上，所有这些都需要力量。虽然看起来有很多种力，但是我们在日常生活中经历的所有力都可以归结为四种基本力:重力、弱力、电磁力和强核力。这是自然界的四种基本力量，宇宙中发生的一切都受它们支配。

重力

重力是指两个质量或能量的物体之间的相互吸引。从桥上落下的岩石，绕恒星运行的行星，月亮引发的潮汐...这些都是重力的表现。重力可能是最容易理解和众所周知的基本力，但也是最难解释的。

牛顿是第一个提出重力概念的人(据说是受苹果从树上落下的启发)。他把引力描述为两个物体之间的吸引力。然而，几个世纪后，爱因斯坦在他的广义相对论中提出，重力不是吸引力或力，而是由物体引起的时空扭曲的结果。一个大物体对空间和时间的影响有点像把一个大球放在一张纸的中间，这会使纸变形，而纸上的其他小物体会向中间翻滚。

虽然重力可以将行星、恒星、太阳系甚至星系结合在一起，但它实际上是最弱的基本力，尤其是在分子和原子尺度上。你可以理解这一点:从地上捡起一个球、抬起一只脚或跳几下有多难？这些行为都违背了整个地球的引力。在分子和原子尺度上，与其他基本力相比，重力的影响可以忽略不计。

弱相互作用

弱力也称为弱核相互作用，与粒子衰变有关。衰变是指一种亚原子粒子转变成另一种粒子。例如，靠近中子的中微子可以将中子转化为质子，并将自身转化为电子。

物理学家通过玻色子的交换来描述这种相互作用过程。玻色子是携带能量的粒子。玻色子的具体类型分别对应于弱力、电磁力和强力。弱力包括两种带电粒子，称为“W玻色子”和“Z玻色子”。当质子、中子和电子等亚原子粒子之间的距离小于10-18米或质子直径的0.1%时，玻色子将在它们之间交换，使这些亚原子粒子衰变为新粒子。

弱力在核聚变中起着重要作用。太阳通过核聚变产生能量，并滋养地球上的大多数生命。此外，考古学家将使用碳14来测定古代骨骼、木材和其他生物化石的年代，这也与弱力分不开。碳14分子由6个质子和8个中子组成，在一个中子衰变为质子后，形成氮14，由7个质子和7个中子组成。这种衰变以固定的速率发生，所以科学家可以用它来确定古代化石的年代。

电磁力

电磁力，也称为洛伦兹力，作用于带电粒子(如带负电的电子和带正电的质子)之间。异性相吸，同性相斥。电荷越高，它们之间的电磁力越强。此外，像重力一样，即使两个带电粒子相距无限远，它们之间的电磁力仍然存在，但它将非常非常弱。

从名称中可以看出，电磁力由两部分组成:电力和磁力。物理学家最初将它们描述为两种独立的力，但后来他们意识到电和磁实际上是同一种力的两个分量。

其中，无论带电粒子处于运动还是静止状态，电都会在它们之间发挥作用，产生一个电场，使两个粒子相互影响。然而，一旦带电粒子开始移动，它们就会显示出磁力，并在周围产生磁场。每当你给电脑充电或打开电视时，一旦电子在电线中快速移动，电线就会产生磁性。

带电粒子之间的电磁力传递是通过光子实现的，光子是无质量玻色子，即构成光的粒子。然而，带电粒子之间转移的光子实际上是光子的另一种表现形式。它们是虚拟的，不能被探测到，尽管从技术上来说它们与实际的和可探测的光子完全相同。

我们在日常生活中感受到的许多现象都与电磁力有关，如摩擦力、弹性、普通力和保持固体形状的力等。甚至鸟类和飞机引起的阻力也与电磁力有关。这些现象可能是由于带电粒子(或中性粒子)之间的相互作用而发生的。例如，一本书之所以能被牢固地放在桌面上而不会在重力的作用下通过桌面掉到地上，是因为桌面原子中的电子和书原子中的电子相互排斥。

强大的核力量

强核力，也称为强核相互作用，是自然界四种基本力中最强的，其强度是重力的6×1039倍。它可以将物质的基本粒子结合在一起形成更大的粒子，例如夸克结合在一起形成质子和中子，质子和中子结合在一起形成原子核。

类似于弱力，强力只能在亚原子粒子之间的距离非常小时起作用。亚原子粒子之间的距离不能超过10-15米，这大约等于质子直径。

力量的奇特之处在于，与其他基本力量不同，亚原子粒子越接近，力量就越弱，当粒子离得越远，力量就越强。一旦两个夸克进入彼此的作用范围，胶子，一个没有质量的带电玻色子，在它们之间传递一个强大的力，并把它们紧紧地“结合”在一起。一小部分力作用在质子和中子之间，称为“剩余力”原子核中的质子应该互相排斥，因为它们带正电，但剩余的力可以克服这种排斥力，使原子核中的粒子保持束缚。

统一的自然

至于四种基本力，还有一个问题要解决:所谓“四种”基本力，实际上是不是宇宙中更高的力的不同表现？如果是这样，各种力量应该能够与其他力量结合。目前，已经有证据表明这种可能性。

1979年，诺贝尔物理学家授予哈佛大学的谢尔登·格拉肖和史蒂芬·温伯格以及帝国理工学院的阿卜杜勒·萨拉姆，因为他们实现了电磁力和弱力的统一，并提出了“电弱力”的概念。物理学家也希望找到某种统一的理论，将弱电和强电结合起来形成核电。根据模型预测，这种力确实存在，但研究人员尚未观察到。最后，研究人员需要将电子核力和重力结合在一起，形成一个真正的“万物理论”，即一个可以解释整个宇宙的理论框架。

然而，物理学家发现很难将微观世界和宏观世界结合起来。在大尺度，尤其是天文尺度，重力占主导地位，这可以用爱因斯坦的广义相对论得到最好的解释。然而，在分子、原子或亚原子尺度上，自然最好用量子力学来解释。到目前为止，还没有人能够把这两个不同的世界结合起来。

研究“量子引力”的物理学家希望用量子世界的概念来描述引力，以促进两个世界的结合。这个方法的关键是找到引力子，即理论上存在的引力玻色子。引力是目前唯一没有玻色子可以描述的基本力。然而，由于玻色子是解释其他基本力所必需的，科学家们相信亚原子引力子一定存在，但还没有被发现。

“暗物质”和“暗能量”的概念使整个情况更加复杂。他们占了宇宙的95%。目前还不清楚暗物质和暗能量是由一个单独的粒子组成，还是由一组有自己的力和“信使”玻色子的粒子组成。

目前，科学家们最感兴趣的信使粒子主要是理论上的“暗光子”，它可以调节可见宇宙和不可见宇宙之间的相互作用。如果暗光子真的存在，它们将成为探测暗物质和帮助科学家发现第五种基本力的关键。然而，到目前为止，科学家还没有发现任何暗光子存在的迹象，甚至一些研究也提出了“暗光子不存在”的有力证据。