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宇宙中的四种基本力:引力、弱力、电磁力

更新时间:2023-08-18 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

据美国媒体报道,各种化学力在宇宙中无处不在。 从走在路上,到发射灰熊,再到给冰柜贴上冰柜贴纸,这一切都需要力量。 虽然看起来很复杂,但我们每天所经历的所有力都可以概括为四种基本力:重力、弱力、电磁力和强核力。 这是自然界中的四种基本排斥力,宇宙中发生的一切都受它们支配。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

引力Ttj物理好资源网(原物理ok网)

引力是指两个具有质量或能量的物体之间的相互吸引力。 桥上落下的铁块、绕恒星旋转的行星、月亮引起的潮汐……这些都是重力的表现。 引力可能是最容易理解和最著名的基本排斥力,但也是最难解释的。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

牛顿是第一个提出重力概念的人(据说受到从树上掉下来的苹果的启发)。 他将重力描述为两个物体之间的吸引力。 但几个世纪后,爱因斯坦在他的广义相对论中提出,引力可能不是吸引力或力,而是物体扭曲时空的结果。 小物体对时空的影响有点像把一个大球放在被子中间,会让被子变形,而被子上其他较小的物体会在中间急剧下落。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

尽管引力将行星、恒星、太阳系甚至恒星结合在一起,但它实际上是最弱的基本力,尤其是在分子和原子尺度上。 你可以这样想:从地上捡起一个球,或者抬起一只脚,或者跳几次,有多难? 这种动作是对抗整个月球的引力的。 在分子和原子尺度上,重力的影响与其他几种基本力相比可以说是微不足道的。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

虚弱的Ttj物理好资源网(原物理ok网)

弱力,也称为弱核相互作用,与粒子的衰变有关。 衰变是一种类型的亚原子粒子转变为另一种类型的粒子,例如,中微子需要靠近中子才能将中子转化为质子并将其本身转化为电子。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

化学家通过交换玻璃骰子来描述这些相互作用。 玻璃骰子是一种带有重量的颗粒。 某些类型的玻璃骰子分别对应于弱力、电磁力和强力。 弱力涉及两种类型的带电粒子,称为“W 玻璃骰子”和“Z 玻璃骰子”。 当质子、中子和电子等亚原子粒子之间的距离大于10-18米,或者质子半径的0.1%时,玻璃骰子就会在它们之间进行交换,导致这个亚原子粒子衰变成新的粒子。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

弱力在核聚变反应中起着至关重要的作用。 太阳通过核聚变形成能量,滋养了月球上的大部分生命。 据悉,考古学家会利用碳14来测定远古时期的腿骨、木材等生物化石的年龄,这也与弱力密不可分。 碳14分子由6个质子和8个中子组成,当其中一个中子衰变为质子时,会产生氮14摩擦力属于电磁力吗,氮14由7个质子和7个中子组成。 这些衰变发生的速度非常规律,科学家可以用它来确定唐代化石的年代。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

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电磁力Ttj物理好资源网(原物理ok网)

电磁力,也称为洛伦兹力,作用于带电粒子(例如带负电的电子和带正电的质子)之间。 同性电荷相吸,同性电荷相斥。 电荷越高,它们之间的电磁力越强。 据悉,和引力一样,虽然两个带电粒子相距无限远,但它们之间的电磁力仍然存在,只不过会很特殊而且非常弱。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

从名字就可以看出,电磁力由两部分组成:电和磁。 化学家最初将它们描述为两种独立的力,但他们后来意识到电和磁似乎是同一力的两个组成部分。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

其中,无论带电粒子是运动还是静止,电力都会在它们之间起作用,形成电场,使两个粒子相互影响。 但一旦带电粒子开始移动,它们之间就会表现出磁力,在它们周围产生磁场。 每次你给笔记本电脑充电或打开电视时,当电子穿过电缆时,电缆就会变得有磁性。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

带电粒子之间电磁力的传递是通过光子、无质量玻璃骰子以及构成光的粒子发生的。 然而,带电粒子之间传递的光子是光子的另一种表现形式,它们是虚拟的且难以检测,尽管它们在技术上与实际的、可检测的光子完全不同。 相同的。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

电磁力涉及我们在日常生活中经历的许多现象,例如摩擦力、弹性、普通力和保持固体形状的力。 甚至动物和飞行中的客机感受到的阻力也与电磁力有关。 之所以还能出现这种现象,是由于带电粒子(或中性粒子)之间的相互作用造成的。 例如,一本书之所以能稳稳地放在桌子上,在重力作用下不会通过桌子掉到地上,就是因为粪便原子中的电子和书原子中的电子是相互敌对的。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

强核力Ttj物理好资源网(原物理ok网)

强核力,又称强核相互作用,是自然界四种基本力中最强的,硬度为重力的6×1039倍。 它可以将构成物质的基本粒子结合起来,形成更大的粒子,比如结合夸克形成质子和中子,再将质子和中子结合起来形成原子核。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

与弱力一样,强力只有在亚原子粒子的宽度极小时才起作用,彼此之间的距离不超过10-15米,大致等于质子的半径。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

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强力的独特之处在于,与其他基本力不同,亚原子粒子距离越近,力越弱,粒子距离越远,力越强。 一旦两个夸克进入彼此的射程内,胶子(无质量、带电的玻璃骰子)就会在它们之间传递强大的力,将它们紧紧地“粘合”在一起。 一小部分强力作用在质子和中子之间,称为“残余强力”。 原子核中的质子应该互相抵抗,因为它们都带正电,但强大的残余力可以克服这些冲突力,使原子核中的粒子保持束缚。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

统一性质Ttj物理好资源网(原物理ok网)

关于四种基本力,还有一个悬而未决的问题:所谓的“四种”基本力是否是宇宙中某种中间力的不同表现形式? 如果真是这样的话,各种势力应该都可以和其他势力融合。 已经有证据支持这些可能性。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

1979年诺贝尔化学家被授予耶鲁大学的谢尔登·格拉肖( )、史蒂文·温伯格( )和伦敦帝国理工学院的阿卜杜斯·萨拉姆(Abdus Salam),由于他们实现了电磁力和弱力的统一,并提出了“电弱力”的概念。 而化学家也希望找到某种大统一理论,将电弱力和强力结合起来形成电子核力。 正如模型预测的那样,这些力确实存在,但研究人员尚未观察到。 最终,研究人员需要将电子核力和引力统一起来,形成真正的“万有理论”,即可以解释整个宇宙的理论框架。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

但化学家发现很难将微观世界与宏观世界结合起来。 在更大的尺度上,尤其是天文尺度上,引力占主导地位,爱因斯坦的广义相对论可以最好地解释这一点。 但在分子、原子或亚原子尺度上摩擦力属于电磁力吗,量子热可以最好地解释自然。 到目前为止,还没有人能够将这两个截然不同的世界结合在一起。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

研究“量子引力”的化学家希望用量子世界的概念来描述引力,促进两个世界的结合。 这些方法的关键是找到引力子,即理论上存在的引力玻璃骰子。 重力是目前唯一无需玻璃骰子就能描述的基本力,但由于其他基本力的解释都需要玻璃骰子,科学家认为一定存在亚原子引力子,但他们还没有找到。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

“暗物质”和“暗能量”的概念使情况进一步复杂化。 宇宙大约95%是由它们组成的。 目前尚不清楚暗物质和暗能量是由单个粒子组成,还是由具有自己的力量和“信使”玻璃骰子的整组粒子组成。Ttj物理好资源网(原物理ok网)

目前,科学家们最感兴趣的信使粒子主要是理论上的“暗光子”,它可以介导可见宇宙和不可见宇宙之间的相互作用。 如果暗光子存在,它们可以成为我们探测暗物质的关键,并帮助科学家发现第五种基本力。 然而,到目前为止,科学家们还没有发现任何暗光子存在的迹象,甚至有研究提出了“暗光子不存在”的有力证据。 (叶子)Ttj物理好资源网(原物理ok网)

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