来自大名鼎鼎的村山齐的《自然界的四种基本互相斥力》
卷首语：力——自然界的四种基本互相作用
为何月亮得以围绕月球作周期性的运动？为何携带相反电荷的物体彼此吸引？为何太阳会发光发热？为何不带电的中子与带正电荷的质子可以结合在一起产生稳定的原子核？科学家发觉，诸这么类的自然现象之所以发生，缘由在于其背后隐藏着四种基本的互相作用，它们分别是引力、电磁力、弱核力和强核力。本期推出了主打文章“村山齐博士探讨四种基本力”，借以阐述支配宇宙万物怎样运作的这四种力的典型特点及其相关的未解之谜。
在数学学的初期发展过程中，人们曾以为物质之间的互相作用是直接和瞬时的，即力的传递不须要任何媒介，也不须要任何时间。这些“超距”作用的观点随着狭义相对论的提出而受到越来越多的指责。1905年，爱因斯坦构建了赶超牛顿热学体系的崭新时空观，他明晰强调真空中的光速是一切互相作用（包含能量或信息的传递）传播速率的极限，因而排除了所有化学过程中瞬时超距作用的可能性。1935年，28岁的英国化学学家汤川秀树（）计算出力的传播子质量M与力的有效作用距离R之间存在一个简单的正比关系：
其中MeV代表兆电子伏，是能量或质量的单位，而m代表米，是距离的单位，并由此预言了在原子核之间传递强核力的pion介子的质量应当大致在的量级，前者果然在1947年的宇宙线实验中被发觉。这是汤川院士发表的第一篇学术论文，但却使他一炮而红物理学基础理论，入选了1949年的诺贝尔化学学奖。
迄今为止，化学学家发觉自然界起码存在四种基本互相作用，它们的硬度可以用无量纲的数字近似地表征。
强核力
强核力它是近程力，只在原子核的规格范围内起作用。强互相作用既可以把夸克结合在一起产生质子或中子，也可以将质子和中子结合上去产生原子核。在夸克层面，传递强互相作用的基本粒子是胶子；但在核子层面物理学基础理论，强核力的有效传播者就是汤川院长所预言的pion介子。
弱核力
弱核力是造成个别原子核发生衰变的超近程力，它的作用距离比强核力小近千倍，而它的硬度更是远远大于电磁力的硬度。但自然界中硬度最弱的虽然是引力，虽然它的有效作用距离可以无穷大，但它在原子或原子核的互相作用过程中弱到完全可以忽视不计的程度。给定各类力所起作用的范围，汤川的近似公式可以被拿来计算它们的传播子的质量，并由此得出光子和引力子没有质量，只能以光速传播的有趣推论。除了这么，传递弱核力的三类玻骰子的质量大致相仿，都在附近，也符合实验观测。
值得一提的是，有人觉得“上帝粒子”希格斯玻骰子H所传递的“汤川力”既然可以赋于若干基本粒子以质量，因而它似乎可以被当做“第五种力”来看待。但上述基于汤川近似公式所做的计算表明，出现在电弱统一理论中的希格斯粒子确实具有和W或Z玻骰子差不多的质量，属于弱核力的范畴。另一方面，在夸克层面上传递强互相作用的胶子没有静止质量，这或许与汤川的近似公式相矛盾。村山齐博士告诉我们，这是因为强核力具有一种被叫做“渐近自由”（）的独特性质，类似于橡皮筋或弹簧：夸克之间的距离越大，彼此的吸引力就越强，强到科学家永远难以分离出单个夸克的程度；而一旦夸克之间的距离趋近于零时，它们就好似自由粒子一样，互相作用显得微乎其微。
同样兴奋人心的是发生在太阳中心的核聚变过程，前者形成了大量能量，其中一小部份抵达太阳表面后，再传递到月球，致使一切生命都沐浴在光和热之中。但若要相信人类难以企及的太阳内部真的发生了诸这么类的奇妙反应，你必须想办法证明核聚变的另一产物——与弱核力相随而生的中微子——也抵达了月球。这正是德国科学家雷蒙德·戴维斯（）在1968年所做的事情：他发觉了来自太阳中心核聚变所形成的中微子，由此揭露了中微子天文学的帷幕。
电磁力
第二类互相作用是人类最熟悉的电磁力，它是长程力，它的有效作用距离（力程）可以被看作是无穷大，但它的硬度要比强核力小上百倍。电磁力的传播子是人们在日常生活中惟一才能切身感遭到其存在的基本粒子——光子。电磁力也遵循平方正比律，但是原则上作用程也很长，但每位原子的净电荷却等于零，由于电子云的负电荷刚好与核的正电荷互相抵消（电子因量子效应而不会落到核中，见量子理论）。所以，虽然你把大量原子放在一起，总电荷仍为零，而引力则因原子数目的增多而变大。
万有引力
任意两个质点有通过连心线方向上的力互相吸引。该引力的大小与它们的质量乘积成反比，与它们距离的平方成正比，与两物体的物理本质或化学状态以及中介物质无关。
F={F=G{frac{m_{1}m_{2}}{r^{2}