大自然的四种基本力是什么?

第一,你是否意识到可能是重力。作为一个孩子,你必须学会站起来反对它走吧。当你跌倒时,你立即感觉重力带你回到地板上。除了给孩子麻烦,重力的月亮行星,太阳,星星和星系在宇宙中各自的轨道。它可以工作在巨大的距离和一个无限的范围内。

艾萨克·牛顿设想重力作为一个把任何两个物体之间,它们的质量直接相关和负相关距离的平方分离他们。他的万有引力定律使人类发送宇航员到月球和机器人探测太阳系外的。从1687年到20世纪初,牛顿的想法重力任意两个对象之间的“拔河”主导的物理学。

但牛顿理论无法解释的一个现象是水星的特殊的轨道。轨道本身似乎旋转(也称为进动)。这个观察自1800年代中期沮丧的天文学家。1915年,爱因斯坦意识到牛顿运动定律和万有引力并不适用于对象高重力或在高速度,光的速度。

在他的广义相对论中,爱因斯坦设想重力扭曲的空间由质量引起的。想象你在中间放置一个保龄球橡胶板。球使抑郁症的表(一个重力或重力场)。如果你滚大理石球,它将陷入大萧条(被吸引到球),甚至可能圈球(轨道)之前。根据大理石的速度,它可能摆脱抑郁和传球,但是大萧条可能改变大理石的路径。重力大质量物体周围像太阳一样做同样的事情。爱因斯坦牛顿重力定律源自自己的相对论表明,牛顿的相对论想法是一个特例,专门申请一个弱重力和低速。18新利最新登入

当考虑大规模的对象(地球重力、恒星、星系),似乎是最强大的力量。18新利最新登入然而,当您应用重力在原子层面上,它影响不大,因为群众的亚原子粒子是如此之小。在这个层面上,它实际上是降级为最弱的力量。

让我们看看电磁学,下一个基本力量。

几次如果你刷你的头发,你的头发会竖着放,被吸引的刷子。为什么?刷的运动赋予每个头发和电荷相同指控个人头发相互排斥。同样的,如果你把相同的两个条形磁铁的两极,他们会互相排斥。但设置磁铁的磁极附近,和磁铁相互吸引。这些都是熟悉的例子电磁力;相反电荷的吸引,而同种电荷相互排斥。

科学家们研究了电磁自18世纪以来,做出了显著贡献。

当科学家的结构原子在20世纪早期,他们了解到亚原子粒子施加电磁力。例如,带正电的质子可以带负电荷的电子绕原子核。此外,一个原子的电子吸引邻近原子的质子组成剩余电磁力通过你的椅子,阻止你下降。

但电磁学18新利最新登入是如何工作的无限范围在大型世界和短的范围在原子水平?物理学家认为光子电磁力在远距离传播。但是他们必须设计调和电磁学理论在原子层面上,这导致的量子电动力学(QED)。根据量子、光子传输电磁力宏观和微观;18新利最新登入然而,亚原子粒子不断交换虚拟光子在电磁相互作用。

但电磁不能解释原子核一起举行。18新利最新登入那是核力量发挥作用的地方。

的核原子是由带正电的质子和中性的中子。电磁告诉我们应该互相排斥和质子核应该会分崩离析。我们也知道重力并不在亚原子范围内发挥作用,所以其他力必须存在于细胞核,强于重力和电磁学。此外,因为我们不认为每天这个力与重力和电磁力,那么它必须运行在非常短的距离,说,原子的规模。

将原子核的力叫做强大的力量,或者称为强核力或强核相互作用。1935年,Hideki汤川建模这个力和提议,质子与中子相互作用和粒子称为交换介子——后来被称为介子——传输强力。

在1950年代,物理学家粒子加速器探索细胞核的结构。当他们在高速坠毁的原子聚集在一起时,他们发现汤川预测的π介子。他们还发现,质子和中子是由更小的微粒夸克。夸克绑在一起的强相互作用,进而细胞核一起举行。

另一个核现象必须解释说:放射性衰变。在测试发射,一个中子衰变为质子,反中微子和电子(β粒子)。电子和反中微子逐出核。力负责这个衰变和排放必须不同,弱于强劲的力量,因此,很不幸的名字弱力或弱核力或弱核相互作用。

发现夸克,负责显示的弱力是改变一种夸克粒子通过交换到另一个称为W和Z波色子,于1983年被发现。18新利最新登入最终,弱力核聚变在太阳和星星可能因为它允许氢同位素氘和保险丝。

现在你能说出四种力——重力、电磁力、弱力和强力——我们将会看到如何比较和相互作用。18新利最新登入

从QED和量子色动力学,或量子色领域的物理描述亚原子粒子之间的相互作用和核部队,我们看到,许多部队通过交换粒子称为对象测量粒子或计玻色子。这些对象可以夸克,质子,电子,原子,磁铁甚至行星。所以,如18新利最新登入何交换粒子传播力?考虑两个滑冰的站在两人分开一段距离。如果一个溜冰者抛出一个球,选手将远离对方。部队以类似的方式工作。

物理学家们孤立的测量粒子的作用力。强大的力量使用π介子和另一个粒子称为胶子。弱力使用W和Z波色子。的电磁强制使用光子。重力被认为是由粒子称为转达了引力子;18新利最新登入但是,引力子还没有被发现。的一些测量粒子与核部队相关质量,而其他人不(电磁力、重力)。因为电磁力和重力可以在巨大的像光年的距离,他们衡量粒子必须能够以光速旅行,甚至更快的引力子。物理学家不知道重力是如何传播的。18新利最新登入但是根据爱因斯坦的狭义相对论,没有对象的质量可以旅行的速度光,因此,光子和引力子是很多测量粒子。事实上,物理学家已经牢固确立,光子没有质量。

力是最强大的?这将是强核力。18新利最新登入然而,它的作用只是短程,大约细胞核的大小。弱核力是一百万强核力一样强烈,甚至有一个更短的范围内,低于一个质子直径。电磁力是大约0.7%的强相互作用力,但有一个无限的范围,因为光子携带的电磁力以光速旅行。最后,重力是最弱的力约为6 x 10^-29年强核力的倍。重力,然而,有一个18新利最新登入无限的范围内。

物理学家正在追求四种基本力的想法可能是相关的,他们在宇宙早期源自一种力量。这个想法并不是史无前例的。我们曾经认为电和磁作为单独的实体,但奥斯特,法拉第、麦克斯韦等表明他们是相关的。18新利最新登入相关的理论的基本力量和亚原子粒子被称为适切地大统一理论。更多的未来。

科学从不休息,所以工作基本力远未完成。下一个挑战是建立一个大统一理论的四个力,一个特别困难的任务,因为科学家们难以调和的理论重力与量子力学。

这就是粒子加速器,可以在更高的能量产生碰撞,派上用场。1963年,物理学家谢尔登•格拉肖阿卜杜勒萨拉姆和史蒂夫·温伯格18新利最新登入建议弱核力和电磁力可能结合能量也就是所谓的更高电弱力。他们预测,这将发生在一个大约100个千兆电子伏特的能量(100 gev)或温度10¹⁵K,发生后不久大爆炸。1983年,物理学家达到这些温度在粒子加速器和显示,电磁力和弱核力是相关的。18新利最新登入

理论预测,强大的力量将联合电弱力能量高于10¹⁵GeV和所有的部队可能在能量高于10团结¹⁹GeV。这些能量方法的温度最早部分大爆炸。物理学家们正努力构建粒子加速器可能达到这些温度。最大的粒子加速器大型强子对撞机在欧洲核子研究中心在瑞士日内瓦。在线时,它将能够质子加速到光速的99.99%,达到14 tera-electron伏或14 TeV的碰撞能量,等于14000 GeV或1.4 x 10⁴GeV。

如果物理学家可以显示四种基本力的确来自18新利最新登入于一个统一的力量从宇宙大爆炸宇宙冷却时,这会改变你的日常生活吗?可能不会。18新利最新登入然而,它将推动我们对部队的性质的理解,以及宇宙的起源和命运。