基本相互作用

基本相互作用(英語:fundamental interaction)又稱基本交互作用,為物質間最基本的相互作用,常稱為自然界四力宇宙基本力fundamental forces)。迄今為止觀察到的所有關於物質的物理現象,在物理學中都可藉助這四種基本相互作用的機制得到描述和解釋。基本相互作用不僅支配着基本粒子也支配着宇宙

名稱 相對強度(以強相互作用為準) 性質(對距離的作用大小) 作用的範圍( 傳遞相互作用的中間玻色子
強相互作用 1 10-15 膠子
電磁相互作用 1/137 無限大 光子
弱相互作用 10-13 10-18 W及Z玻色子(W±,Z0
重力相互作用 10-39 無限大 重力子

大一統理論認為:強相互作用、弱相互作用和電磁相互作用可以統一成一種相互作用,目前統一弱相互作用電磁相互作用電弱統一理論已經獲得實驗證實。

重力相互作用

編輯

重力相互作用,簡稱重力引力,是四個基本相互作用中最弱的,但是同時又是作用範圍最大的(不會如電磁力一般相互抵銷)。但當距離增大,重力相互作用的影響力就會遞減,假設兩物件的相互距離為 ,其作用力則可以 的計算式推論出來。不像其他的相互作用,重力可以廣泛地作用於所有的物質。由於其廣泛的作用範圍,當物質質量為極大,物質有關的屬性以及與物質的帶電量有時可以相對地忽略。

而由於其廣泛的作用範圍,重力可以解釋一些大範圍的天文現象,比如:銀河系、黑洞宇宙膨脹;以及基本天文現象例如:行星公轉;還有一些生活常識例如物體下落、很重的物體好像被固定在地上、人不能跳得太高等。

萬有引力是第一種被數學理論描述的相互作用。在古代,亞里士多德建立了具有不同質量的物體是以不同的速度下落的理論。到了科學革命時期,伽利略·伽利萊用試驗推翻了這個理論-如果忽略空氣阻力,那麼所有的物體都會以相同的速度落向地面。艾薩克·牛頓據傳說看到蘋果掉落時發現地心重力,進而引伸出萬有引力定律(1687年),是一個用來描述通常重力行為非常好的近似。在1915年,阿爾伯特·愛因斯坦完成了廣義相對論,將重力用另一種方式描述-時空幾何,並指出重力是空間與時間彎曲的一種結果。

如今,將廣義相對論和量子力學綜合而成的量子重力理論,是一個相當活躍的領域。在此理論中,重力被假定為被重力子所傳遞。重力子仍是假想粒子,目前還沒有被觀測到。

儘管廣義相對論在非量子力學限制的情況下較精確地描述了重力,且被實驗所證實,但是仍有不少描述萬有引力的替代理論,其中被物理學家認真看待的,都會在某種極限下回到廣義相對論,而目前觀測工作的焦點就是在哪些極限狀況下廣義相對論會有偏差。

力隨着物體質量增加而增加,隨着距離增加而減少:
 

電弱相互作用

編輯

電磁力弱核力在日常生活的低能量態下看似大相徑庭,並可用兩種不同的理論所描述,但是在能量超過100GeV以上時,這兩種作用力就會合成一種電弱力。電弱力對於現代的宇宙學而言相當重要,特別是在描述宇宙的演化。在大爆炸不久之後,溫度大約在1015 K以上時,電磁力與弱核力融合成了電弱力。

阿卜杜勒·薩拉姆謝爾登·格拉肖史蒂文·溫伯格在1979年因電弱統一理論,得到了諾貝爾物理獎[1][2]

電磁相互作用

編輯

世上大部分物質都具有電磁力,而是電磁力的其中一種表現模式。例如電荷異性相吸、同性相斥的特性是其中之一。電磁力和重力一樣,其作用影響範圍是無限大的。

弱相互作用

編輯

弱相互作用,或弱核力,可以說是核能另一種來源,主要是核子產生之天然輻射,四種相互作用中,弱相互作用只比重力強一點。

強相互作用

編輯

強相互作用又稱為強核力,所有存在宇宙中的物體都是由原子構成,而原子核是由中子質子組成。中子沒有電荷,而質子則帶正電荷;但需要牽引力把它們結合在一起,而強相互作用就是這種「牽引力」。

參見

編輯

參考資料

編輯
  1. ^ Bais, Sander, The Equations. Icons of knowledge, 2005, ISBN 0-674-01967-9  p.84
  2. ^ The Nobel Prize in Physics 1979. The Nobel Foundation. [2008-12-16]. (原始內容存檔於2014-07-07).