基本自然力基本自然力基本自然力是指携带力的粒子按照其携带力的强度以及与其相互作用的粒子可以力分成四种即引力、电磁力、弱相互作用力和强相互作用力。1.基本自然力第一种力是引力这种力是万有引力也就是说每一粒子都因它的质量或能量而感受到引力。引力比其他三种力都弱得多。它是如此之弱以致于若不是它具有两个特别的性质我们根本就不可能注意到它。这就是它会作用到非常大的距离去并且总是吸引的。这表明在像地球和太阳这样两个巨大的物体中所有的粒子之间的非常弱的引力能迭加起来而产生相当大的力量。另外三种力或者由于是短程的或者时而吸引时而排斥所以它们倾向于互相抵消。以量子力学的方法来研究引力场人们把两个物质粒子之间的引力描述成由称作引力子的自旋为2的粒子所携带。它自身没有质量所以所携带的力是长程的。太阳和地球之间的引力可以归结为构成这两个物体的粒子之间的引力子交换。虽然所交换的粒子是虚的它们确实产生了可测量的效应——它们使地球绕着太阳公转实引力构成了经典物理学家称之为引力波的东西它是如此之弱——并且要探测到它是如此之困难以致于还从来未被观测到过。第二种力是电磁力。它作用于带电荷的粒子例如电子和夸克之间但不和不带电荷的粒子例如引力子相互作用。它比引力强得多两个电子之间的电磁力比引力大约大100亿亿亿亿亿在1后面有42个0倍。然而共有两种电荷——正电荷和负电荷。同种电荷之间的力是互相排斥的而异种电荷则互相吸引。一个大的物体譬如地球或太阳包含了几乎等量的正电荷和负电荷。由于单独粒子之间的吸引力和排斥力几乎全抵消了因此两个物体之间纯粹的电磁力非常小。然而电磁力在原子和分子的小尺度下起主要作用。在带负电的电子和带正电的核中的质子之间的电磁力使得电子绕着原子的核作公转正如同引力使得地球绕着太阳旋转一样。人们将电磁吸引力描绘成是由于称作光子的无质量的自旋为1的粒子的交换所引起的。而且这儿所交换的光子是虚粒子。但是电子从一个允许轨道改变到另一个离核更近的允许轨道时以发射出实光子的形式释放能量——如果其波长刚好则为肉眼可以观察到的可见光或可用诸如照相底版的光子探测器来观察。同样如果一个光子和原子相碰撞可将电子从离核较近的允许轨道移动到较远的轨道。这样光子的能量被消耗殆尽也就是被吸收了。第三种力称为弱相互作用力。它制约着放射性现象并只作用于自旋为12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年伦敦帝国学院的阿伯达斯·萨拉姆和哈佛的史蒂芬·温伯格提出了弱相互作用和电磁作用的统一理论后弱作用才被很好地理解。此举在物理学界所引起的震动可与100年前马克斯韦统一了电学和磁学并驾齐驱。温伯格——萨拉姆理论认为除了光子还存在其他3个自旋为1的被统称作重矢量玻色子的粒子它们携带弱相互作用力。它们叫WW正、WW负和Z0Z零每一个具有大约100吉电子伏的质量1吉电子伏为10亿电子伏。上述理论展现了称作自发对称破缺的性质。它表明在低能量下一些看起来完全不同的粒子事实上只是同一类型粒子的不同状态。在高能量下所有这些粒子都有相似的行为。这个效应和轮赌盘上的轮赌球的行为相类似。在高能量下当这轮子转得很快时这球的行为基本上只有一个方式——即不断地滚动着但是当轮子慢下来时球的能量就减少了最终球就陷到轮子上的37个槽中的一个里面去。换言之在低能下球可以存在于37个不同的状态。如果由于某种原因我们只能在低能下观察球我们就会认为存在37种不同类型的球在温伯格——萨拉姆理论中当能量远远超过100吉电子伏时这三种新粒子和光子的行为方式很相似。但是大部份正常情况下能量要比这低粒子之间的对称就被破坏了。W、W和Z0得到了大的质量使之携带的力变成非常短程。萨拉姆和温伯格提出此理论时很少人相信他们因为还无法将粒子加速到足以达到产生实的W、W和Z0粒子所需的一百吉电子伏的能量。但在此后的十几年里在低能量下这个理论的其他预言和实验符合得这样好以至于他们和也在哈佛的谢尔登·格拉肖一起被授予1979年的物理诺贝尔奖。格拉肖提出过一个类似的统一电磁和弱作用的理论。由于1983年在CERN欧洲核子研究中心发现了具有被正确预言的质量和其他性质的光子的三个带质量的伴侣使得诺贝尔委员会避免了犯错误的难堪。领导几百名物理学家作出此发现的卡拉·鲁比亚和发展了被使用的反物质储藏系统的cERN工程师西蒙·范德·米尔分享了1984年的诺贝尔奖。除非你已经是巅峰人物当今要在实验物理学上留下痕迹极其困难第四种力是强相互作用力。它将质子和中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。一般认为称为胶子的另一种自旋为1的粒子携带强相互作用力。它只能与自身以及与夸克相互作用。强相互作用力具有一种称为禁闭的古怪性质它总是把粒子束缚成不带颜色的结合体。由于夸克有颜色红、绿或蓝人们不能得到单独的夸克。反之一个红夸克必须用