自然界中的4种基本力是什么?它们各有什么特点? 什么是四种基本力?请分别介绍

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力是两个物体之间的相互作用。自然界中一共有4种基本力,分别是引力、电磁力、强力和弱力。希望通过这篇文章能让大家了解一下自然界中的4种基本作用力。

引力

引力的作用效果主要表现在宇观尺度,为什么说,它与我们的日常生活紧密相连呢?潮汐涨落虽然与地球和月球的引力有关,但似乎并不重要啊。

那是因为,如果没有引力,宇宙间的星系、恒星等都会不复存在,没有太阳还会有地球吗?没有地球的引力拉扯束缚着我们,我们将会因失重而飘浮起来,地球上也不会有大气和海洋。没有引力,月球将不会绕着地球转,地球也不会绕着太阳转,宇宙将会乱套。


引力是什么?引力是如何产生的?引力有哪些性质?别着急,下面咱们来接着介绍。

拥有质量的物体之间存在相互吸引靠近的趋势,这就是引力。按照广义相对论的解释,引力来源于物体自身质量对于时空的弯曲,质量越大的物体对时空弯曲的程度越强。量子力学则认为引力是粒子之间交换引力子而产生的,目前该观点还属于猜想。


引力的作用是相互的,地球对人有吸引力,人同样对地球也有吸引力。物体的质量可以衡量该物体的引力大小,也就是对时空的弯曲能力。引力是4种基本力中作用效果最弱的一种力,两个质子间的引力仅相当于两者间电磁力强度的10^36分之一。

牛顿很早就发现了万有引力的秘密,并提出了万有引力定律。引力属于长程力,力的作用效果随着物体间距离的增加而逐渐变弱,遵守平方反比律,即F=G(Mm/r^2)(G为万有引力常量)。


引力支配着宇宙间天体的运动及演化,不管是星系的形成,还是恒星的形成,无一不是引力的功劳。黑洞则是引力的代表作,时空被极度扭曲,以至于连光也逃逸不出来。

电磁力

下面咱们来接着介绍电磁力。说到电磁力,很多人可能脑子中第一印象就是电动机、发电机之类的,总之就是与电流、磁铁等有关。

先不管这些,且听我慢慢道来。电磁力和引力一样,都是属于长程力。电磁力的强度是引力的很多很多倍,居于4种基本力的第二位。电磁力的作用效果主要表现在宏观尺度。

电和磁原来是分开的,后经麦克斯韦的努力,才最终完成统一。麦克斯韦方程组是由4个偏微分方程组成的,描述了电与磁之间的相互关系。


说到电磁力就必须要说到电荷,电磁力来源于电荷。电荷分为正电荷与负电荷,基本性质为:同性相斥、异性相吸。在基本粒子中,夸克携带着分数电荷,电子携带着单位电荷。由夸克构成的质子携带一个单位的正电荷,中子表现为电中性。原子由质子、中子和电子构成,由于正负电荷的相互抵消,原子表现为电中性。


静止的电荷周围存在静电场,运动的电荷又能够产生磁场,两者本质上是一样的,统称为电磁场。电磁力就是由电磁场来传递的。在量子场论中,认为电磁相互作用是由光子进行传递的。


像我们中学物理学的摩擦力、弹力等,本质上都属于电磁力。化学反应过程中释放的能量本质上属于电磁能。电磁力随距离减小的规律与万有引力相似。真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力遵守库仑定律,即F=K(Qq/r^2)(K为静电力常量)。

宇宙间的化合物,不管是氧气还是水,都是由原子结合而成的,而作用力就是电磁力。如果没有电磁力,世界将会变得很混沌,地球上也就不会诞生生命了,更进化不出人类。

电磁运动规律的发现,使人类进入了飞速发展的时代,为人类进入信息时代奠定了基础。无论是电力的广泛应用,还是无线电通信技术的发明,都依赖于这些伟大科学家的发现。

弱力

弱力是4种基本力中第三强的力,比电磁力要弱很多,强度约相当于电磁力的十亿分之一。弱力的作用距离比强力短,作用范围大约在10^-18米之内,是4种基本力中作用距离最短的力。


(四种基本力的强度及其作用范围)

弱力只作用于夸克、电子、中微子等费米子,而对光子、胶子等玻色子不起作用。根据量子场论的解释,费米子之间依靠交换W+、W-、Z三种玻色子来进行弱相互作用的传递。

那费米子与玻色子是什么?

简单来说,费米子为服从费米-狄拉克统计、自旋(在量子力学中,粒子的自旋是由粒子的内禀角动量引起的内禀运动,这与经典力学中的自转概念并不一样,大家了解一下就行了)为半奇数的一类粒子(例如夸克和电子的自旋都为1/2),它们遵守泡利不相容原理(即不能有两个以上的粒子出现在相同的量子态中);玻色子为服从玻色-爱因斯坦统计、自旋为整数的一类粒子(例如光子、胶子的自旋为1),虽不遵守泡利不相容原理,但在超低温状态时可发生玻色-爱因斯坦凝聚。自然界中的一切都是由费米子构建起来的,而玻色子则只负责传递相互作用。


(基本粒子中的费米子与玻色子)

弱力与原子的衰变有关。大家也许知道,自然界中存在许多放射性元素,比如铀。像铀这种不稳定的重元素,其原子核会自发的发生放射性衰变,不稳定的重元素会转变为稳定的轻元素。


(铀的衰变过程)

什么是元素的放射性衰变?

放射性衰变是不稳定原子核自发地放出射线或粒子而转变为另一种原子核的过程,整个过程中原子核会逐渐变小,主要包括α衰变(从原子核射出α粒子)、β衰变(从原子核射出正电子或负电子)和γ衰变(从原子核辐射出伽马射线)等形式。一些元素的原子核会连续发生多次哀变,直至产生稳定原子核。放射性同位素的半衰期长短差异极大,短的不到一秒,长的可达上亿年。半衰期愈短的同位素,放射性也就愈强。


强力

强力是强子之间相互作用的一种力,后来科学家发现强子由更基础的夸克组成。强力不仅名字上有个“强”,其本身的作用强度也是4种基本力中最强的,大约是电磁力的137倍。强力的作用范围大约在10^-15米。

强力的产生与电磁力有点类似,带有电荷的粒子存在电磁力,而夸克带有色荷,强力就是带有色荷的夸克之间所具有的相互作用,色禁闭现象也正是产生于此。强力通过交换胶子(胶子也具有色荷)而传递相互作用。在低能量状态下,介子(介子也是强子)也充当着强力的媒介粒子。



(胶子在夸克间传递强力)

与弱力相似,强力也会引起粒子衰变(粒子衰变是一个基本粒子转变为其它基本粒子的自发过程,与放射性衰变不同)。强衰变粒子的平均寿命极短,在10^-20~10^-24秒左右,这类粒子我们将其称之为共振态粒子,它们也是由夸克构成的。通过粒子碰撞试验,科学家们发现了许多共振态粒子。


(中子衰变为质子的费曼图)

上过初中的都知道,原子核中的质子带一个单位正电荷,同性相斥的道理大家也都懂,质子和中子正是在强力的作用下克服库仑斥力而强行粘合在一起的,核反应与核能都与强相互作用息息相关。


总结

科学家们一直希望能够建立大统一理论,在统一的框架下,描述这4种基本力。麦克斯韦统一了电力与磁力,更进一步,电磁力和弱力也得到了统一,并且电弱统一理论得到了非常严格的实验检验。目前强力还没有很好的融入,引力更是一块难啃的骨头。

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自然引力,电磁力,强核力和弱核力这四个基本力被应用于宇宙中的“普通”物质。但是,这四种力可能在暗物质中不存在。实际上,世界上各种不同的材料是通过这四个基本力量联系在一起的

最基本的四种力就是引力、电磁力、强核力、弱核力,引力会使物体之间相互吸引,电磁力会使物体出现相互吸引或者排斥,强核力和弱核力都和电磁力有关。

主要是引力、电磁力、强核力、弱核力这4种基本的力。

主要有四种的四种,并分别有不同的性质。会有引力

自然界中的四种基本力是什么?~

强作用力,弱作用力,万有引力,电磁力

什么是宇宙四大基本力#爱秒懂#

自然界有四种基本力,分别是引力,电磁力,强力,弱力。那我们日常所说的...
答:我们日常所说的力,除了重力以外,都属于电磁力。因为物体间的碰撞、摩擦等,归根究底都是分子间在相互作用,都是电磁场力。

物理学四种基本力是什么?
答:3、弱核作用力(约强核作用力的1/100,000)-有效范围10^-16公分-太阳辐射光的能力。4、万有引力(约强核作用力的10^40分之1)-太阳系的结合力-有效范围:远程力。物理学简介 物理学(physics)是研究物质最一般的运动规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科,物理学研究大至宇宙,小至...

自然界的4种力是什么?什么是强力和弱力?
答:2弱力:在基本粒子之间还存在另一种短程相互作用力,弱力的作用距离比强力更短,作用力的强度也比强力小得多,弱力在β衰变中起重要作用,β衰变中放出电子和中微子,电子和中微子之间只有弱力作用。弱力也存在其它基本粒子之间。3电磁力:电力是两个带电粒子或物体之间的相互作用力,两个相互运动的电荷...

...强核力、弱核力,那么我们平时推一个物体的力算作什么力?_百度...
答:物质能相互“接触”,或者固体、液体抵抗压缩,都是组成物质的原子、分子、离子的外层电子相斥造成的, 所以推物体的力本质(微观上)是电磁力, 致密天体除外。由于粒子总电荷数为0,所以组成物体的粒子很靠近、外层电子距离比原子核距离小得多时,这种作用力才有体现,于是和宏观带电物体能远距离作用表现得不同...

宇宙中有哪些基本的力,这些基本力的本质是什么?
答:在过去的两千年里,科学家们逐渐发现宇宙中的所有现象都可以分为四种基本力。这四种基本力量从一开始就不同,但它们是必不可少的。它们是电磁力、强核力、弱核力和重力。下面简单介绍这四种基本力在自然界中的作用。电磁力:自然界中电磁力有多种形式,包括电、磁和光。电磁力照亮我们的城市,使收音...

...四种相互作用分别是?常见的重力属于什么相互作用?弹力、摩擦力属于什...
答:目前物理学界公认,世界存在四种基本的相互作用:万有引力(简称引力)、电磁力、强相互作用、弱相互作用。重力属万有引力,弹力和摩擦力属强相互作用

自然界中的四种基本力的引力相互作用的媒介是什么?
答:这是一个大统一理论,磁性与静电是同一性质的,是由光子作为媒介来产生其作用的。引力是由引力子来产生作用的。而光子与引力子都是媒介粒子,也是基本粒子。基本粒子都是由弦的不同振动模式产生的,从本质上讲,引力,磁力电,都是兄弟!请看《宇宙的琴弦》一书!

...自然界的四种基本力 dna复制是什么力 靠什么外力
答:是依靠电磁力,主要依靠分子层面的相互作用力所产生的复杂生物化学反应,至于DNA分子为何会自我复制的问题,我只能提出个人的一种假说,那就是很可能是因为受到了来自宇宙中心的某种承载着遗传信息的神秘电磁辐射(光的一种)干涉所致,使DNA分子产生了自我复制的意志,如果从宗教的角度解释这光的话,我只能...

原子核对电子的引力,是什么性质的力?
答:分别是电磁力、强力、弱力、引力。采用排除法,可知原子核对电子的束缚作用非引力、强力、弱力,那么就只剩下一个电磁力了,所以,原子核对电子的力实质上是电磁力。电磁力就可以回答本问题了,但在此还要多说几句。物理学家虽然知道了自然界中存在了四种基本力,但这四种基本力产生的原因是什么呢?如...

色即是空,空即是色,宇宙真是无中生有的吗?
答:在所有玻色子中,只有希格斯玻色子不是规范玻色子。希格斯玻色子是一种自旋为零的玻色子,负责将质量赋予规范玻色子和费米子。 标准模型的所有61种粒子都已被实验证实。但还有1种粒子没有被包括在标准模型中,也没有被观测到,它就是传递引力作用的引力子。自然界有4种基本力:万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力...