四种基本作用力,大小如何?

www.zhiqu.org     时间: 2024-05-31

基本相互作用为物质间最基本的相互作用,通常称为“自然界四力”或“宇宙基本力”。四种基本作用力及大小如下:

(1)引力又称重力,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(不会如电磁力一般相互抵销)。但当距离增大,引力相互作用的影响力就会递减,假设两物件的相互距离为r,其作用力则可以1/r2的计算式推论出来。不像其他的相互作用,引力可以广泛地作用于所有的物质。

由于作用范围极大,引力可以解释一些大范围的天文现象,比如:银河系、黑洞和宇宙膨胀;以及基本天文现象,例如行星的公转;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·牛顿发现地心引力,进而引伸出万有引力定律 (1687年) ,是一个用来描述通常引力行为非常好的近例。

在1915年, 阿尔伯特·爱因斯坦完成了广义相对论,将引力用另一种方式描述,即时空几何,并指出引力是空间与时间弯曲的一种影响。

(2)电磁力:世上大部分物质都具有电磁力,而磁与电是电磁力其中的一种表现模式。例如电荷异性相吸、同性相斥的特性是其中之一。电磁力和引力一样,其作用影响范围是无限大的。

当进入到原子的尺度时 (0.1nm),会发现所有的物质都是由不同的原子构成的,而原子是由不同的原子核与电子构成的,带负电的电子与带正电的原子核(由质子与中子构成)经由电磁作用紧密地结合在一起。

但在原子的尺度时,我们必须用量子化的电磁场来描述,这种描述法,就是把两粒子之间的作用看成是在交换光子。

其实光就是一种电磁波,量子化的电磁作用也就是光电作用。这样的描述在1950年代就已发展得相当完善了,称作量子电动力学(quantum electrodynamics, QED)。

而且近年来研究发现,在某些状况下,电磁力和弱核作用力可以统一,这个发现使得人类距离大统一理论更进一步。

(3)强相互作用力又称为强核力,所有存在宇宙中的物质都是由原子构成,原子由电子和原子核组成,而原子核是由中子和质子组成。电子带负电荷,中子不带电荷,而质子则带正电荷。这需要牵引力把它们结合在一起,而强相互作用力就是这种“牵引力”

(4)弱相互作用力又称为弱核力,可以说是核能的另一种来源,主要是核子产生的天然辐射,四种相互作用力中,弱相互作用只比引力强一点。



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