登陆注册
444700000095

第95章 宇宙的基本相互作用力

 引力

引力是每一粒子都因其质量或能量而感受到的力,引力是长程力,并且总是吸引的,因此,尽管引力比其他三种力都弱很多,还是有明显的作用结果。在星系中的粒子累积起来的引力,足可以维持巨大天体的绕转运动。另外三种力或者由于是短程的,或者有吸引有排斥,它们倾向于互相抵消。引力的概念最初来自于牛顿,正是牛顿创造了万有引力公式,并在此基础上将天体力学发展到了顶峰。万有引力是任何有质量物体之间的相互吸引力,对于较小的粒子,万有引力的作用并不明显,但对于较大的物体,万有引力则发挥着决定性的作用。可以不夸张地说,正是万有引力造就了宇宙的大尺度结构和整体上的和谐。

 电磁力

电磁力是长程力。它作用于带电荷的粒子(例如电子和夸克)之间,不与电中性粒子相互作用。两个电子之间的电磁力大约比引力大10+{42}倍。电磁力在原子和分子尺度下起主要作用,它约束电子绕原子核旋转。电磁力是由无质量的自旋为1的光子交换所引起的,所交换的光子是虚粒子。电子从一个轨道改变到另一个离核更近的轨道时,以发射实光子的形式释放能量,波长适合时可用肉眼或照相底片观察。电磁相互作用力通过电磁场的传递而实现,物理学家库仑首先研究电荷之间的相互作用力,得到了描述了电荷相互作用的库伦定律,著名物理学家奥斯特发现了电场和磁场之间的联系,并导致了描述磁场相互作用的毕——萨定律的发现。麦克斯韦高度总结了前人的成果,建立了统一的电磁场方程,至此,人们对于电磁力的了解达到了前所未有的高度。事实上,直到现在,电磁力都是理论最完善,人们了解得最清楚的一种力!

 弱相互作用力

第三种力称为弱相互作用力,作用距离最短,约10+{-16}厘米。它制约着放射性现象,并只作用于自旋为1/2的物质粒子,而对诸如光子、引力子等自旋为0、1或2的粒子不起作用。直到1967年萨拉姆和温伯格提出弱相互作用和电磁作用的统一理论后,弱相互作用才被很好地解释。弱电统一理论的科学成就,堪与100多年前麦克斯韦建立电磁感应定律相媲美。

 强相互作用力

强相互作用将中子和质子中的夸克束缚在一起,并将原子中的质子和中子束缚在一起。一种称为胶子的自旋为1的粒子携带强作用力,它只能与自身以及与夸克相互作用。这种力具有“禁闭”的古怪性质:它总是把粒子束缚成不带颜色的结合体,夸克有红、绿或蓝颜色,人们却不能得到单独的夸克。强相互作用力乃是让强子们结合在一块的作用力,人们认为其作用机制乃是核子间相互交换介子而产生的。而其实,强子之间的相互作用实际上是夸克团体与夸克团体之间的相互作用,而夸克团体之间的相互作用则必然是夸克与夸克之间相互作用的剩余。当夸克结合成为强子时,其结构已经较为严密完整,可是,如果强子之间发生了强烈的撞击作用,那么各强子原来的结构则定会遭到破坏,因此,各强子中的大小夸克们则自然会重新产生相互的作用而结合在一块:这正就是强相互作用的现象。

 基本相互作用力的关系

将力划分成四种是为了便于建立部分理论。科学家认为所有力都起源于大爆炸时产生的一种力,希望最终找到统一的理论,能够将四种力解释为一个单独的力的不同方面。

近年来科学家对能量均匀性理论进行的研究,就是为了找到能包容全部四种基本力的令人满意的一致性和恒定性。这种恒定性与能量、电荷、质量、自旋等联系在一起,在最高的能量水平上,四种力被统一成一种力,处于一种完美的均匀状态。在能量和温度下降后,这种均匀状态被打破,统一的力发生了分化。这一阶段存在两种力:一是引力,一是结合电弱力和强相互作用的统一的力。能量和温度继续下降,发生第二次分化,这时出现三种力:电弱力、强力和引力。

在更低的能量和温度下,可以明显区别四种力。因此,这种连续不断的分化体现了宇宙演化过程的主要阶段上的不同特点,各种不同的力以及它们所包容的微粒,都从一种相对未分化的统一体产生出来。

大爆炸之后10+{-33}秒时,宇宙经历迅速的膨胀性扩展,其中包含激烈的相变。根据高斯设想,物质和能量的均匀相位随后很可能进入一种超冷状态,即10+{22}K的低温。最后,均匀性被打破,宇宙进入非均匀性期间,大量潜在热量被释放,受影响的各空间区域又被重新加热到接近于10+{27}K,按空间一致方式不断扩展,并引起各种物理的或天文的现象。

作用力的强弱可由作用发生的几率来表征。作用力越强,作用发生的几率就越大,发生的时间就越短。弱作用力衰变粒子的平均寿命为10+{-10}秒,而强作用力衰变粒子的平均寿命为10+{-23}秒,其大小正好和力的强弱成反比。

交换光子的过程,也是交换能量的过程。由爱因斯坦质能关系式E=mc+2知道,交换能量也是在交换质量。强力、弱力和引力,传递相互作用的过程,也是类似的。

在强力作用下,夸克合成核子,核子构成原子核。在电磁力作用下,原子核和电子形成原子,继而组成分子。分子凝结为各式各样的大块物质,这些物质在引力作用下形成现在的宇宙及其运动状态。四种力综合作用,决定着宇宙的未来。

但是,四种力之间有什么关系呢?它们的本质是一样的吗?关于这一问题的考虑,请看下节“大统一理论”。

同类推荐
  • 能源宝库

    能源宝库

    科学是人类进步的第一推动力,而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代,科技的发展、人们生活水平的不断提高,为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机,大力普及科学知识,传播科学精神,提高青少年的科学素质,是我们全社会的重要课题。科学教育,是提高青少年素质的重要因素,是现代教育的核心,这不仅能使青少年获得生活和未来所需的知识与技能,更重要的是能使青少年获得科学思想、科学精神、科学态度及科学方法的熏陶和培养。科学教育,让广大青少年树立这样一个牢固的信念:科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象,研究和掌握新规律,它是创造性的,它又是在不懈地追求真理,需要我们不断地努力奋斗。
  • 必知的导弹火炮

    必知的导弹火炮

    本书主要讲了导弹火炮知识。军事是一个国家和民族强大和稳定的象征,在国家生活中具有举足轻重的作用。国家兴亡,匹夫有责,全面而系统地掌握军事知识,是我们每一个人光荣的责任和义务,也是我们进行国防教育的主要内容。
  • 百年香港大事快览

    百年香港大事快览

    本书是一本史料性较强的“百年香港快览”系列之一,它是为庆祝香港回归祖国十周年所编写的,该书从历史文化的角度,通过事件关键词、背景扫描、大事脉络、结果与影响、精彩点评等栏目的精心设置,深入浅出生动地描绘了香港自开埠至2007年百余年的沧桑,为你扫描百年香港今昔之巨变,透视沧桑历史之荣辱,解读东方之珠繁荣之历程。
  • 权益维护篇(农民十万个怎么做)

    权益维护篇(农民十万个怎么做)

    本书着眼于为农民朋友解决现实生活中经常遇到的政策和法律难题,内容涵盖三个方面:一是解答关于农业生产产前、 产中、 产后的一些政策与法律问题;二是解答关涉农民民主权利的政策与法律问题;三是解答农民民生方面的政策与法律问题。
  • 诡异的谜团

    诡异的谜团

    在这个多彩奇妙的世界里,隐藏着太多的奥秘。雍正是清朝入关后的第三位皇帝,关于他的死因,历来猜测颇多,究竟哪种说法更可信呢?20世纪70年代末,在埃及首都开罗郊区发生了一起离奇的失踪事件,一位叫布木坭的年轻人正在和四个朋友练飞车绝技,可正好轮到他的时候,布木坭和车突然从四人眼前消失了……这些谜团我们很难找出答案。本书设置了令人惊魂的灾难之谜、百思不解的政治军事谜团、中外名人的重重悬疑、神秘的暗杀、真正的潜伏、文化名人扑朔迷离之死、“艺术作品”和创造史上的奥秘、迷雾笼罩的殿堂、离奇的失踪、神秘的宝藏等内容,覆盖面广,情节悬疑生动、惊险刺激,能够满足读者的好奇心,使读者在轻松的阅读中开阔视野。
热门推荐
  • 异世之无敌剑侠

    异世之无敌剑侠

    七星,寓意着古老的传说。天命之子会随着神迹的显现而降落人间。斗文、拼武;侠骨、柔肠;铁血、情爱;从黑洞穿越而来,身负国术剑法的方旭会如何演绎他的精彩人生?敬请观看。
  • 浴血修魔

    浴血修魔

    作为萧家子嗣,无奈之下卷入到乱世征途,却不料当一切苦尽甘来之日才发现,自己只是一颗棋子……万载悠悠空逝水,千山望尽景依旧。当屠神灭魔不在话下之时,他将如何颠倒乾坤,逆乱阴阳?
  • 我们三个都是穿越来的

    我们三个都是穿越来的

    我是因为看了很多的穿越小说,也很想穿越。谁想我想想就能穿越,穿越就穿越吧,居然穿成怀孕九月的待产产妇,开玩笑嘛!人家在二十一世纪还是黄花一枚呢。这也可以接受,可是明明是丞相之女,堂堂四皇子的正牌王妃怎么会居住在这么一个几十平米得破落小院子里,她怎么混的,亏她还一身绝世武功,再是医毒双绝。哎。没关系,既然让我继承了这么多优越条件,一个王爷算得了什么?生下一对龙凤胎,居然都是穿过来的,神啊,你对我太好了吧?且看我们母子三人在古代风生水起笑料百出的古代生活吧。片段一在我走出大门时,突然转身对着轩辕心安说道:“王爷,若是哪天不幸你爱上了我,我定会让你生不如死的。”然后魅惑地一笑,潇洒地走了出去。片段二当我对着铜镜里的美人自恋地哼出不着调地歌时。“别哼了,难听死了。”一个清脆的声音响起。~~~接着一声尖叫紧跟着另一声尖叫。我用上轻功躲进了被子里.~~~"我和你一样是二十一世纪来的。”“你好,娘亲,哥哥,以后要多多指教。”来自两个婴儿的嘴里,我摸摸额头,没高烧啊。片段三“小鱼儿,我可是你孩子的爹,况且我没有写休书,你还是我的王妃。我会对你好的。”安王爷霸道地说道。“你们认识他吗?他说是你们的爹?”我问着脚边的两个孩子。“不认识,”女孩说道。“我们的爹不是埋在土里了吗?怎么他一点也不脏?”男孩问道。那个男人满头黑线。“对不起,我们不认识你。”说完拉着孩子转身就走。片段四“爹爹,这是我娘,你看漂亮吧?”南宫心乐拉着一个白衣帅哥进来问道。我无语中。“爹爹,你看我娘亲厉害吧?“南宫心馨拉着另外一个妖精似地男人走了进来。我想晕。“这才是我们的爹。”“才不是呢,这个才是”两人开始吵起来了。“我才是你们的爹。”安王爷气急地吼道。“滚一边去。”两个小孩同时说道。屋里顿时混乱之中。转头,回屋睡觉去了。推荐完结文《别哭黛玉》完结文《穿越之无泪潇湘》新文,《极品花痴》
  • 英国皇家特种部队强身手册

    英国皇家特种部队强身手册

    整体的健康可细分为三大类别:柔软、毅力和体力,这三个类别都是本书讲述的健身计划针对的内容。年轻人也许会把重点放在体力与耐力的锻炼上,而中老年人则可能花更多时间进行柔软性训练。不过,某种程度的灵活性是我们所有人都必须具备的。
  • 最新军事武器大观(世界军事之旅)

    最新军事武器大观(世界军事之旅)

    青少年具有强烈的求知欲和探索欲,他们不仅对飞速发展的科学技术有着浓厚的兴趣,也对军事科学充满了强烈的好奇。真实地展现人类军事活动,也许我们无法成为一场军事变革的参与者和见证者,但我们可以把军事百科作为模拟战场。本丛书从不同角度阐述军事的相关知识。
  • 卡耐基写给青少年的口才书

    卡耐基写给青少年的口才书

    年轻的朋友,你是不是有过因胆怯而语无伦次的尴尬经历?是不是常常在当众讲话的时候感到手足无措?是不是希望自己成为一个妙语惊人、出类拔萃的“口才少年”?……《卡耐基写给青少年的口才书》可以帮助你建立自信,具有敏锐的思维,让你获得卓越的口才,令人刮目相看。《卡耐基写给青少年的口才书》汇集了卡耐基多年来当众讲话、演说的经典案例,以青少年的心理需求为出发点,分别从技巧修炼、交流互动、即席演讲、仪态谈吐、自我挑战、口才储备等方面进行系统的指导,旨在帮助青少年建立一套完整的口才训练系统,传授如何运用能言善辩的口才在校园、社会、家庭中充分展示自我,获得把握有利于自身成长和走向成功的契机。
  • 我的天堂

    我的天堂

    来自现实的苏州的文学报告,它密集而动情地传递报告了苏州改革开放以来的深刻变化,文学地表现了苏州人在现代生活中勇于革新创造的精神和聪明务实的性格力量,是现实苏州的很好文学读本。
  • 九皇妃

    九皇妃

    “此人危险。””“其心不轨。,她必双倍奉还。”=﹡=﹡=小剧场:“事都让你做了,又岂是当初那胸无点墨、任人拿捏的草包女?“数银子。这仇,腹黑轻狂的佣兵首领,竟成了大商皇朝著名的花痴草包女!丞相府楚家大小姐楚华容,我报。”谁守她护她,她定铭记在心。”半晌,人生潇洒。那恩,撞上南墙也绝不回头。一次郊游,竟被心上人毫不怜惜地丢进狼群,我还。“还有呢?”*本文一对一,取而代之的是冷冽华光,随心所欲。“睡觉。谁欺她辱她,那我到底能做什么?!”某女眸光恨恨。快意恩仇。”而她,女强男强,一朝穿越,看她惊慌逃窜满身狼狈,轻松宠文。”“还、有、呢?!”咬牙切齿的声音。那个男人允许吗?“这是我的事!”“他救过我,不顾世人耻笑嘲讽,我要帮他站起来。”只是,女子暴走,绝色姿容却不识点墨,整日追着当今第一天才美男四皇子跑,“我去----”某男优雅地掀了桌,只为博身边佳人开怀一笑!“吃饭。“你让开。他差点害死我,我非揍他一顿不可。当楚华容再次醒来,美眸里再无迷恋之色,“从圣旨到来的那一刻开始,讥笑地看着众人目瞪口呆的脸重来一世,她本想活个潇洒从容,就不是了。却被一道圣旨扰乱了步伐。
  • 庙堂往事

    庙堂往事

    为何混官比升官更难?为何文人做官总不长?为何太子党不易取胜?为何身正也怕影子斜?为何官德出了问题比杀人放火还严重?为何新科进士好升官?为何发脾气要抓机会?为何新官最怕”泼冷水”?为何一名技术官员能快速晋升?为何“默许”是一种神奇的力量?为何京城里也有很穷的官?这是一本语言幽默诙谐的官场历史解析读物。
  • 至尊凰妃

    至尊凰妃

    一朝国破,她被迫逃亡,因缘际会,成为敌国女相。帝王愿以天下为聘,娶她为后,她不愿。邻国太子为了她愿终生不娶,亦不能使她动心。外臣妒之,内宫祸之,阴谋陷害,接踵而至。但,几次命悬一线,总有一个男子立于她身前,保她无恙,护她周全,为她出生入死!