自然界的四种作用力

   日期:2016/4/23 15:26:00     下载DOC文档         微博、微信、支付宝分享

　　1.电磁相互作用

　　物理的实在除了粒子还有电磁场。电磁场具有动量和能量且能传播电磁波。这使人们联想万有引力定律也是物理的实在，能传播引力波，也有许多人努力探测它，但尚无很好的结果。电磁波的传播可用光子解释，类似地，光子也导致引力子概念的引出。

　　电磁相互作用力是带电荷粒子或具有磁矩粒子通过电磁场传递着相互之间的作用。属于自然界中四种作用力之一。

　　是带电粒子与电磁场的相互作用以及带电粒子之间通过电磁场传递的相互作用。它是自然界的一种基本相互作用。电磁力遵循库仑定律

　　电磁力随距离减小的规律与万有引力相似：当距离增大到原来的2倍时，它们减小到原来的1/4。

　　在强度上它次于强相互作用而居于四种相互作用的第二位。在四种相互作用中，人们对电磁相互作用的基本规律最为了解。电磁相互作用和引力相互作用是长程力，它们可以在宏观尺度的距离中起作用而表现为宏观现象。宏观的电磁相互作用理论总结在麦克斯韦方程组中，早在19世纪已为人们所掌握。微观的电磁作用理论是量子电动力学，它是麦克斯韦理论与量子力学原理的结合。

　　2.弱相互作用力

　　弱相互作用力也叫弱作用力，指中子衰变成质子、电子与中微子或反电子中微子。

　　弱相互作用与电磁相互作用是一种力

　　3.强相互作用力

　　最早认识到的质子、中子间的核力属于强相互作用力，是质子、中子结合成原子核的作用力，后来进一步认识到强子是由夸克构成的，强相互作用力是夸克之间的相互作用力。强相互作用力最强，也是一种短程力。其理论是量子色动力学，强作用是一种色相互作用，具有色荷的夸克所具有的相互作用，色荷通过交换8种胶子而相互作用，在能量不是非常高的情况下， 强相互作用的媒介粒子是介子。强作用具有最强的对称性，遵从的守恒定律最多。强作用引起的粒子衰变称为强衰变，强衰变粒子的平均寿命最短，为10-20～10-24s，强衰变粒子称为不稳定粒子或共振态。

　　强相互作用力是作用于强子之间的力，是所知四种宇宙间基本作用力(强相互作用力、弱相互作用力、电磁相互作用力、引力相互作用力)最强的，其作用范围在10-15m范围内。强相互作用克服了电磁力产生的强大排斥力，把强子紧紧粘合为原子核。

　　强相互作用力比其它三种基本作用有更大的对称性。对强相互作用力本质的了解

　　是物理学的难题。人们用强子的夸克模型和规范场的概念提出量子色动力学，

　　在这个理论中，强相互作用力是组成强子的夸克之间通过一些称为胶子的规范粒子场传递作用。它被认为是有希望的强相互作用力基本理论。

　　4.引力相互作用

　　自然界的四种基本相互作用之一。简称引力作用。所有具有质量的物体之间的相互作用，表现为吸引力。

　　规律是万有引力定律，更为精确的理论是广义相对论。在4种基本相互作用中最弱，远小于强相互作用、 电磁相互作用和弱相互作用，在微观现象的研究中通常可不予考虑，然而在天体物理研究中起决定性作用。按照近代物理的观点，引力作用是通过场(质点造成的时空弯曲)或通过交换场的量子实现的，引力场的量子称为引力子。(引力作用表现为吸引力,是具有质量的物体之间的相互作用).所有具有质量的物体之间的相互作用，表现为吸引力，是一种长程力，力程为无穷大。其规律是万有引力定律，更为精确的理论是广义相对论。在4种基本相互作用中最弱，远小于强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用，在微观现象的研究中通常可不予考虑，然而在天体物理研究中起决定性作用。按照近代物理的观点，引力作用是通过场(质点造成的时空弯曲)或通过交换场的量子实现的，引力场的量子称为引力子。

　　重力相互作用，简称重力或引力，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，重力相互作用的影响力就会递减。不像其他的相互作用，重力可以广泛地作用于所有的物质。由于其广泛的作用范围，当物质质量为极大，物质有关的属性以及与物质的带电量有时可以相对地忽略。

　　由于其广泛的作用范围，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·伽利莱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重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，将重力用一种更精确的方式描述——时空几何，并指出引力是空间与时间弯曲的一种影响。

　　一个活跃的领域正致力于用一个使用范围更广的理论来统一广义相对论和量子力学——大统一理论。在量子力学中，一个在量子引力理论中设想的粒子——引力子被广泛地认为是一个传递引力的粒子。引力子仍是假想粒子，还没有被观测到。

　　尽管广义相对论在非量子力学限制的情况下较精确地描述了引力，但是仍有不少描述万有引力的替代理论。这些在物理学界严格审视下的理论都是为了减少一些广义相对论的局限性，而观测工作的焦点就是确定什么理论修正广义相对论的局限性是可能的。