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pzzdm:宇宙間的幾種基本作用力概述
送交者: pzzdm.com 2010年02月27日05:23:00 於 [教育學術] 發送悄悄話

宇宙的幾種基本力

要談宇宙起源這個話題,我們首先要談一談宇宙間的幾種基本力。因為將來在我的宇宙起源的帖子中,我們會看到宇宙之所以是我們現在看到的這個樣子,跟這幾種基本力是有極大的關係的。

看家可能會問,說了半天,到底有幾種基本力呢?樓主不會數數啊?

且慢,我一會兒會講到,開始我們認為一共有4種基本力。現在已經證明實際上是3種,我們目前的理論如果得到證明,可以把它們再縮減成兩種。最終我們的目標是把這兩種合併為一種。所以,不是樓主不會數數,而是科學和理論在進步。

那麼我們看一下,最初的理論講的是哪4種基本力呢?

它們分別是:萬有引力,電磁力,弱相互作用力和強相互作用力。

萬有引力我不用細說,大家都知道是什麼。牛頓老人家看到蘋果落到地上,抬頭看到月亮掛在天頂,就聯想到蘋果落地的力和月亮沒有飛跑的力大概是一種。於是就提出了萬有引力定律。但是,對於萬有引力的本質是什麼,牛頓說他想不出來。愛因斯坦對此給出了他的答案。萬有引力的本質是有質量的物體由於質量引起的時空彎曲。根據牛頓的萬有引力定律來計算太陽系的天體運行是比較準確的。但是對於水星軌道的計算一直跟實際觀測有出入。這個出入已經超出誤差的範圍,要引起科學家的注意了。為了解釋水星軌道的問題,有天文學家提出在水星軌道內側還有一顆行星,但是因為淹沒在太陽的光芒中,我們觀測不到。到了19世紀末,由於望遠鏡的改良,科學界已經排除了在水星軌道內側還有一顆未知行星的可能。於是就需要一個新的理論來解釋水星的軌道。愛因斯坦的相對論很好地解釋了這個問題。根據廣義相對論的時空彎曲理論推算出的水星軌道跟觀測到的實際軌道完全吻合!這也從一個角度證明了相對論的正確性。

萬有引力的特點:最微弱的一種力,長程力(在很遠的距離上也有作用),任何有質量的物體都有引力,永遠是互相吸引的。

電磁力:這個是帶電物體(粒子)間的作用力,或者是磁極間的作用力。我們平常見到的絕大多數化學和物理變化,都是電磁力在起作用。比如,火就是燃燒的氣體,也就是可燃性氣體在高溫下跟氧氣起的氧化反應。在這個反應過程中有電子能級的變化,也就是電磁力中蘊含的能量的釋放。

電磁力的特點:很強的一種力,中長程力(隨距離衰減很快),只存在於帶電物體或磁性物體間,同性相斥,異性相吸。

強相互作用力(又叫做強核力):這是一種很強的作用力,其強度在這四種基本力中最大,比電磁力強大100倍左右。這個作用力是將原子核中的基本粒子,比如質子和中子,通過”質量虧損“凝聚在一起的力。實際上,它是一種更加基本的力,叫做”色力“,即夸克之間的凝聚力的一種外在表現形式。我們平時講的核裂變(原子彈,核反應堆)和核聚變(氫彈,熱核反應堆,太陽,恆星)都是這種力釋放的能量。

強核力的特點:最強的基本作用力,短程(僅僅在原子核大小的範圍內起作用),永遠是相吸的。

弱相互作用力(又稱”弱核力“): 顧名思義,一種比較弱的短程作用力。這個力大約比電磁力要弱11個數量級。它是決定某些放射性衰變的作用力,比如中子衰變成質子,電子和反中微子。這個作用力雖然我們平時不常見(除非你做生物實驗要用同位素),卻是決定化學元素穩定性的至關重要的作用力。如果它的大小稍微變動一點點,那麼可能很多我們常見的穩定同位素可能就都變成放射性同位素了。

弱相互作用力的特點:比較弱的一種力,短程(僅僅在原子核大小的範圍內起作用)。決定中子的穩定性。

我會在下一個話題中談到這幾種基本作用力的統一。

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