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pzzdm:宇宙间的几种基本作用力概述
送交者: pzzdm.com 2010年02月27日05:23:00 于 [教育学术] 发送悄悄话

宇宙的几种基本力

要谈宇宙起源这个话题,我们首先要谈一谈宇宙间的几种基本力。因为将来在我的宇宙起源的帖子中,我们会看到宇宙之所以是我们现在看到的这个样子,跟这几种基本力是有极大的关系的。

看家可能会问,说了半天,到底有几种基本力呢?楼主不会数数啊?

且慢,我一会儿会讲到,开始我们认为一共有4种基本力。现在已经证明实际上是3种,我们目前的理论如果得到证明,可以把它们再缩减成两种。最终我们的目标是把这两种合并为一种。所以,不是楼主不会数数,而是科学和理论在进步。

那么我们看一下,最初的理论讲的是哪4种基本力呢?

它们分别是:万有引力,电磁力,弱相互作用力和强相互作用力。

万有引力我不用细说,大家都知道是什么。牛顿老人家看到苹果落到地上,抬头看到月亮挂在天顶,就联想到苹果落地的力和月亮没有飞跑的力大概是一种。于是就提出了万有引力定律。但是,对于万有引力的本质是什么,牛顿说他想不出来。爱因斯坦对此给出了他的答案。万有引力的本质是有质量的物体由于质量引起的时空弯曲。根据牛顿的万有引力定律来计算太阳系的天体运行是比较准确的。但是对于水星轨道的计算一直跟实际观测有出入。这个出入已经超出误差的范围,要引起科学家的注意了。为了解释水星轨道的问题,有天文学家提出在水星轨道内侧还有一颗行星,但是因为淹没在太阳的光芒中,我们观测不到。到了19世纪末,由于望远镜的改良,科学界已经排除了在水星轨道内侧还有一颗未知行星的可能。于是就需要一个新的理论来解释水星的轨道。爱因斯坦的相对论很好地解释了这个问题。根据广义相对论的时空弯曲理论推算出的水星轨道跟观测到的实际轨道完全吻合!这也从一个角度证明了相对论的正确性。

万有引力的特点:最微弱的一种力,长程力(在很远的距离上也有作用),任何有质量的物体都有引力,永远是互相吸引的。

电磁力:这个是带电物体(粒子)间的作用力,或者是磁极间的作用力。我们平常见到的绝大多数化学和物理变化,都是电磁力在起作用。比如,火就是燃烧的气体,也就是可燃性气体在高温下跟氧气起的氧化反应。在这个反应过程中有电子能级的变化,也就是电磁力中蕴含的能量的释放。

电磁力的特点:很强的一种力,中长程力(随距离衰减很快),只存在于带电物体或磁性物体间,同性相斥,异性相吸。

强相互作用力(又叫做强核力):这是一种很强的作用力,其强度在这四种基本力中最大,比电磁力强大100倍左右。这个作用力是将原子核中的基本粒子,比如质子和中子,通过”质量亏损“凝聚在一起的力。实际上,它是一种更加基本的力,叫做”色力“,即夸克之间的凝聚力的一种外在表现形式。我们平时讲的核裂变(原子弹,核反应堆)和核聚变(氢弹,热核反应堆,太阳,恒星)都是这种力释放的能量。

强核力的特点:最强的基本作用力,短程(仅仅在原子核大小的范围内起作用),永远是相吸的。

弱相互作用力(又称”弱核力“): 顾名思义,一种比较弱的短程作用力。这个力大约比电磁力要弱11个数量级。它是决定某些放射性衰变的作用力,比如中子衰变成质子,电子和反中微子。这个作用力虽然我们平时不常见(除非你做生物实验要用同位素),却是决定化学元素稳定性的至关重要的作用力。如果它的大小稍微变动一点点,那么可能很多我们常见的稳定同位素可能就都变成放射性同位素了。

弱相互作用力的特点:比较弱的一种力,短程(仅仅在原子核大小的范围内起作用)。决定中子的稳定性。

我会在下一个话题中谈到这几种基本作用力的统一。

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