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基本相互作用

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基本相互作用(fundamental interaction),為物质间最基本的相互作用,常稱為自然界四力宇宙基本力。迄今为止观察到的所有关于物质的物理现象,在物理學中都可借助这四种基本相互作用的机制得到描述和解释。

名称 相對強度(以强相互作用为准) 性質(對距離的作用大小) 作用的範圍( 传递相互作用的中间玻色子
強相互作用 1 1/r7 10-15 膠子
电磁相互作用 1/137 1/r2 無限大 光子
弱相互作用 10-13 1/r5 - 7 10-18 W及Z玻色子(W±,Z0
引力相互作用 10-39 1/r2 無限大 重力子

大统一理论認為:強相互作用、弱相互作用和电磁相互作用可以統一成一種相互作用,目前统一弱相互作用電磁相互作用电弱统一理论已經獲得實驗證實。

重力相互作用[编辑]

重力相互作用,簡稱重力引力,是四个基本相互作用中最弱的,但是同时又是作用范围最大的(不會如電磁力一般相互抵銷)。但當距離增大,重力相互作用的影響力就會遞減,假設兩物件的相互距離為r,其作用力則可以1/r^2的計算式推論出來。不像其他的相互作用,重力可以广泛地作用于所有的物质。由于其广泛的作用范围,當物质质量為極大,物质有关的属性以及與物質的帶電量有時可以相對地忽略。

而由于其广泛的作用范围,引力可以解釋一些大范围的天文现象,比如:银河系、黑洞宇宙膨胀;以及基本天文现象例如:行星公转;还有一些生活常识例如物体下落、很重的物体好像被固定在地上、人不能跳得太高等。

万有引力是第一种被数学理论描述的相互作用。在古代,亚里士多德建立了具有不同质量的物体是以不同的速度下落的理论。到了科学革命时期,伽利略·伽利莱用试验推翻了这个理论-如果忽略空气阻力,那么所有的物体都会以相同的速度落向地面。艾萨克·牛顿据传说看到蘋果掉落時發現地心引力,進而引伸出万有引力定律(1687年),是一个用来描述通常重力行为非常好的近似。在1915年,阿尔伯特·爱因斯坦完成了广义相对论,将重力用另一種方式描述-时空几何,並指出重力是空間與時間彎曲的一種結果。

如今,將广义相对论和量子力学綜合而成的量子引力理论,是一個相當活躍的領域。在此理論中,引力被假定為被引力子所傳遞。引力子仍是假想粒子,目前还没有被观测到。

尽管广义相对论在非量子力学限制的情况下较精确地描述了引力,且被實驗所證實,但是仍有不少描述万有引力的替代理论,其中被物理學家認真看待的,都會在某種極限下回到廣義相對論,而目前观测工作的焦点就是在哪些極限狀況下广义相对论會有偏差。

電弱相互作用[编辑]

電磁力弱核力在日常生活的低能量態下看似大相徑庭,並可用兩種不同的理論所描述,但是在能量超過100Gev以上時,這兩種作用力就會合成一種電弱力。電弱力對於現代的宇宙學而言相當重要,特別是在描述宇宙的演化。在大爆炸不久之後,溫度大約在1015 K以上時,電磁力與弱核力融合成了電弱力。

阿卜杜勒·薩拉姆謝爾登·格拉肖史蒂文·溫伯格在1979年因電弱統一理論,得到了諾貝爾物理獎[1][2]

電磁相互作用[编辑]

世上大部分物質都具有電磁力,而是電磁力的其中一種表現模式。例如電荷異性相吸、同性相斥的特性是其中之一。電磁力和重力一樣,其作用影響範圍是無限大的。

弱相互作用[编辑]

弱相互作用,或弱核力,可以說是核能另一種來源,主要是核子產生之天然輻射,四種相互作用中,弱相互作用只比引力強一點。

強相互作用[编辑]

強相互作用又稱為強核力,所有存在宇宙中的物體都是由子構成,而原子核是由中子質子組成。中子沒有電荷,而質子則带正電荷;但需要牽引力把它們結合在一起,而强相互作用就是這種“牽引力”


參見[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Bais, Sander, The Equations. Icons of knowledge, 2005, ISBN 0-674-01967-9  p.84
  2. ^ The Nobel Prize in Physics 1979. The Nobel Foundation. [2008-12-16].