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宇宙中的四种基本作用力

2005-12-17 00:00:00   来源:   关注:

 

宇宙中的四种基本作用力

忻州一中    闫俊仁

根据现代科学研究的成果,迄今为止人们按力的基本性质,把各?#20013;?#24335;的力归纳为四种基本力,即万有引力、电磁力、弱力、强力。其中万有引力和电磁力广泛地存在于宏观、微观现象中,而弱力和强力则仅仅存在于比原子核更深层的微观领域中,物理学中一切现象和一切相互作用,都是这四种基本力的结果。

在四种基本力中,万有引力是最弱的力,它是物质间普遍存在的一种力,牛顿于17世纪用万有引力定律描述这种作用。引力在单个原子中,比电磁力要弱几万万亿倍,由于引力作用的强度很弱,它在我们身体里被忽略,但我们身体都能感觉到地球的引力。在微观世界中通常可以不考虑,但是如果物体的质量很大,万有引力就显示出来,在宇宙中几乎对它没有限制,它将会以多胜少,最终统治宇宙,因此在电中性的天体和宇宙等宏观领域,万有引力常常起决定作用。地球有颗卫星——月亮,它的引力给不断自转的地球减速,在以往40多亿年里,月球至少使地球自转速度减慢一半,这给今天人类带来好处,因为地球过快的旋转所引发太多的地震、火山和狂风都会给人类带来灾害。

构成我们生命的主要是电磁力,强力和弱力被封闭?#29275;?#20154;们举起重物时,就是肌肉中电磁力与地球引力作抗衡,人们很多的锻炼方法,就是利用地球引力来增长我们肌肉中电磁力的能?#20426;?#24102;电粒子间的相互作用,就是通过电磁场传递,通常所说分子间作用力、摩擦力、弹力等,实质上都是电磁力的表现,电磁力是目前人们研究得最多、认识最为深刻、应用也非常广泛的一种力。电磁力是一种非常温和而美好的力,它天生就有正和负,永远不会过分,所谓阴阳生万物,因此它构成宇宙中最丰富的演化,包括生命。

弱力能使中子衰变为质子,并?#22836;?#20986;?#24459;?#32447;,人们对于弱力研究开始于β衰变现象的研究,电磁力比弱力强度大1000倍,弱力的作用范围很短,它只发生在比原子核更深层的微观世界中,主要存在于基本粒子的衰变过程中。

我们知道原子是由原子核和绕核高速运动的电子组成,原子核中的质子?#21363;?#27491;电,它们相互排斥,显然,这种斥力不能使原子核构成一个稳定系?#24120;?#35201;使它们能结合在一起,成为稳定的系?#24120;?#24517;须有一种力,这就是在核子之间存在着一种更强的相互吸引的强力,它存在强子(质子、中子、π介子等)中,这种力只在原子核?#26412;?#33539;围起作用,超过这个范围,强力作用就很快减小而接近零。

从宏观的宇宙天体到微观的基本粒子,存在着这四种基本力,如果以引力为1,那么这四种力相对强度之比为

引力∶弱力∶电磁力?#20204;?#21147; = 1103010371040

按照它们作用距离的长短,万有引力和电磁力为“远程力”,它们的作用范围是无限远,广泛地表现在宏观与微观现象中。弱力的作用范围是1016m,强力作用范围1015m,这两种力为“短程力”,在原子半径1010m的数?#32771;?#33539;围,弱力和强力是不起作用的。在宇宙中天体之间作用是万有引力,而基本粒子很轻,引力作用特别小,我们只认为在基本粒子之间只有后三种力。

我们的宇宙星光?#27704;茫?#20854;中蕴藏着物质运动的?#25353;?#21147;量,而物质中蕴藏着这四种基本力,它们却决定着宇宙的一切。宇宙中的超新星的质量很大,一些大的超新星爆炸之后,将会产生引力的奇迹——黑洞,巨大的引力把物质化为无形,把电子压入质子中去,于是质子全变成中子,而中子之间没有电磁力的排斥,原子核可以相互紧紧挨在一起,这就形成最致密的物质——中?#26377;牽?#23427;1立方厘米的质量达1亿吨。巨大的引力连光都被它吸到表面。如果把地球压缩成一个核桃就是黑洞。黑洞的存在已经被证实,而超新星是宇宙中这四种力配合的杰作。

 

 

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