物理学的四大基本力量
物理的基本力(或基本相互作用)是单个粒子相互作用的方式。事实证明,在宇宙中观察到的每一个相互作用都只能被四种类型的相互作用分解和描述:
- 重力
- 电磁学
- 弱相互作用(或弱核力)
- 强相互作用(或强核力)
重力19 20
在基本力量中,重力的范围最远,但它在实际幅度上最弱。
这是一种纯粹的吸引力,它甚至可以通过"空"没有空间相互吸引两个质量。它使行星保持在太阳周围的轨道上,使月球保持在地球周围的轨道上。
重力是在广义相对论下描述的,广义相对论将其定义为质量物体周围的时空曲率。反过来,这种曲率产生了能量最小的路径朝向另一个质量对象的情况。
电磁学
电磁学是粒子与电荷的相互作用。静止的带电粒子通过静电力相互作用,而在运动中它们通过电力和磁力相互作用。
长期以来,电力和磁力被认为是不同的力,但它们最终在1864年由James Clerk Maxwell在Maxwell's方程下统一。在20世纪40年代,量子电动力学用量子物理学巩固了电磁学。
电磁可能是我们世界上最普遍的力量,因为它可以在合理的距离和相当大的力量下影响事物。
弱相互作用
弱相互作用是一个非常强大的力量,作用于规模原子核。它会导致β衰变等现象。它与电磁学相结合,成为一种称为"弱电相互作用的单一相互作用。"弱相互作用由W boson介导(有两种类型,W+和W-bosons)以及Z boson。
强相互作用
最强的力量是恰当命名的强相互作用,这是使核(质子和中子)结合在一起的力量。例如,在氦原子中,即使它们的正电荷导致它们彼此排斥,也足以将两个质子结合在一起。
实质上,强相互作用允许称为GluON的粒子结合在一起,首先创建核子。GluON也可以与其他GluON相互作用,这使得强相互作用在理论上是无限的距离,尽管它的主要表现都处于亚原子水平。
统一基力
许多物理学家认为,所有四种基本力量实际上都是尚未发现的单一基础(或统一)力量的表现。就像电力,磁力和弱力统一为弱电相互作用一样,它们也起到统一所有基本力量的作用。
目前对这些力的量子力学解释是粒子不直接相互作用,而是表现出介导实际相互作用的虚拟粒子。除重力外的所有力都已合并为相互作用的标准模型。
将重力与其他三个基本力统一的努力称为量子重力。它假设存在一个称为重力的虚拟粒子,它将是重力相互作用中的中介元素。迄今为止,gravitons尚未被发现,也没有量子重力理论成功或普遍采用。
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