该理论将四种力解释为个单独
力
不同方面。确实,许多人认为这是当代物理学
首要目标。最近,将四种力中
三种统
起来已经有
成功
端倪——
将在这章描述这些内容。而关于统
余下
另
种力即引力
问题将留到以后再讨论。
第种力是引力,这种力是万有
,也就是说,每
粒子都因它
质量或能量而感受到引力。引力比其他三种力都弱得多。它是如此之弱,以致于若不是它具有两个特别
性质,
们根本就不可能注意到它。这就是,它会作用到非常大
距离去,并且总是吸引
。这表明,在像地球和太阳这样两个巨大
物体中,所有
粒子之间
非常弱
引力能迭加起来而产生相当大
力量。另外三种力或者由于是短程
,或者时而吸引时而排斥,所以它们倾向于互相抵消。以量子力学
方法来研究引力场,人们把两个物质粒子之间
引力描述成由称作引力子
自旋为2
粒子所携带。它自身没有质量,所以所携带
力是长程
。太阳和地球之间
引力可以归结为构成这两个物体
粒子之间
引力子交换。虽然所交换
粒子是虚
,它们确实产生
可测量
效应——它们使地球绕着太阳公转!实引力构成
经典物理学家称之为引力波
东西,它是如此之弱——并且要探测到它是如此之困难,以致于还从来未被观测到过。
另种力是电磁力。它作用于带电荷
粒子(例如电子和夸克)之间,但不和不带电荷
粒子(例如引力子)相互作用。它比引力强得多:两个电子之间
电磁力比引力大约大100亿亿亿亿亿(在1后面有42个0)倍。然而,共有两种电荷——正电荷和负电荷。同种电荷之间
力是互相排斥
,而异种电荷则互相吸引。
个大
物体,譬如地球或太阳,包含
几乎等量
正电荷和负电荷。由于单独粒子之间
吸引力和排斥力几乎全抵消
,因此两个物体之间纯粹
电磁力非常小。然而,电磁力在原子和分子
小尺度下起主要作用。在带负电
电子和带正电
核中
质子之间
电磁力使得电子绕着原子
核作公转,正如同引力使得地球绕着太阳旋转
样。人们将电磁吸引力描绘成是由于称作光子
无质量
自旋为1
粒子
交换所引起
。而且,这儿所交换
光子是虚粒子。但是,电子从
个允许轨道改变到另
个离核更近
允许轨道时,以发射出实光子
形式释放能量——如果其波长刚好,则为肉眼可以观察到
可见光,或可用诸如照相底版
光子探测器来观察。同样,如果
个光子和原子相碰撞,可将电子从离核较近
允许轨道移动到较远
轨道。这样光子
能量被消耗殆尽,也就是被吸收
。
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