基本力

基本力

基本力即自然界的4種基本力：萬有引力、電磁相互作用力、弱相互作用力、強相互作用力。

基本介紹

  • 中文名：基本力
  • 外文名：Basic force
  • 學科：物理
  • 領域：科學
簡介,重力相互作用,弱電相互作用,電磁相互作用,弱相互作用,強相互作用,參見,

簡介

基本相互作用（fundamental interaction），為物質間最基本的相互作用，常稱為自然界四力或宇宙基本力。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製得到描述和解釋。
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（米）
傳遞相互作用的中間玻色子
強相互作用
1
1/r7
10-15
膠子
電磁相互作用
1/137
1/r2
無限大
光子
弱相互作用
10-13
1/r5-7
10-18
W及Z玻色子
引力相互作用
10-39
1/r2
無限大
引力子
大統一理論認為：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和電磁相互作用的電弱統一理論已經獲得實驗證實。

重力相互作用

主條目：萬有引力
重力相互作用，簡稱重力或引力，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{\displaystyle r}，其作用力則可以{\displaystyle 1/r^{2}}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，引力可以解釋一些大範圍的天文現象，比如：銀河系、黑洞和宇宙膨脹；以及基本天文現象例如：行星的公轉；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，那么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引力，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引力理論，是一個相當活躍的領域。在此理論中，引力被假定為被引力子所傳遞。引力子仍是假想粒子，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引力，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。

弱電相互作用

主條目：弱電相互作用
電磁力和弱核力在日常生活的低能量態下看似大相逕庭，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10K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·格拉肖及史蒂文·溫伯格在1979年因電弱統一理論，得到了諾貝爾物理獎。

電磁相互作用

主條目：電磁相互作用
世上大部分物質都具有電磁力，而磁與電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

主條目：弱相互作用
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，弱相互作用只比引力強一點。

強相互作用

主條目：強相互作用
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，而原子核是由中子和質子組成。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

萬有理論
宇宙速度
力

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