2014年環(huán)保工程師普通力學知識點11

　　四種基本力(相互作用)

　　強相互作用力、弱相互作用力、電磁力、萬有引力。

　　強相互作用力將質子和中子中的夸克束縛在一起，并將原子中的質子和中子束縛在一起。一般認為，稱為膠子的一種自旋為1的粒子攜帶強作用力。它只能與自身以及與夸克相互作用。

　　弱相互作用力(弱核力)制約著放射性現(xiàn)象，并只作用于自旋為1/2的物質粒子，而對諸如光子、引力子等自旋為0、1或2的粒子不起作用。

　　電磁力作用于帶電荷的粒子(例如電子和夸克)之間，但不和不帶電荷的粒子(例如引力子)相互作用。它比引力強得多：兩個電子之間的電磁力比引力大約大10^42倍。然而，共有兩種電荷――正電荷和負電荷，同種電荷之間的力是互相排斥的，而異種電荷則互相吸引。

　　引力是萬有的，也就是說，每一粒子都因它的質量或能量而感受到引力。引力比其他三種力都弱得多。它是如此之弱，以致于若不是它具有兩個特別的性質，我們根本就不可能注意到它。這就是，它會作用到非常大的距離去，并且總是吸引的。

　　“直到1967年倫敦帝國學院的阿伯達斯?薩拉姆和哈佛的史蒂芬?溫伯格提出了弱作用和電磁作用的統(tǒng)一理論后，弱作用才被很好地理解。此舉在物理學界所引起的震動，可與100年前馬克斯韋統(tǒng)一了電學和磁學并駕齊驅。溫伯格――薩拉姆理論認為，除了光子，還存在其他3個自旋為1的被統(tǒng)稱作重矢量玻色子的粒子，它們攜帶弱力。它們叫W+(W正)、W-(W負)和Z0(Z零)，每一個具有大約100吉電子伏的質量(1吉電子伏為10億電子伏)。上述理論展現(xiàn)了稱作自發(fā)對稱破缺的性質。它表明在低能量下一些看起來完全不同的粒子，事實上只是同一類型粒子的不同狀態(tài)。在高能量下所有這些粒子都有相似的行為。這個效應和輪賭盤上的輪賭球的行為相類似。在高能量下(當這輪子轉得很快時)，這球的行為基本上只有一個方式――即不斷地滾動著;但是當輪子慢下來時，球的能量就減少了，最終球就陷到輪子上的37個槽中的一個里面去。換言之，在低能下球可以存在于37個不同的狀態(tài)。如果由于某種原因，我們只能在低能下觀察球，我們就會認為存在37種不同類型的球!

　　“在溫伯格――薩拉姆理論中，當能量遠遠超過100吉電子伏時，這三種新粒子和光子的行為方式很相似。但是，大部份正常情況下能量要比這低，粒子之間的對稱就被破壞了。W+、W-和Z0得到了大的質量，使之攜帶的力變成非常短程。薩拉姆和溫伯格提出此理論時，很少人相信他們，因為還無法將粒子加速到足以達到產(chǎn)生實的W+、W-和Z0粒子所需的一百吉電子伏的能量。但在此后的十幾年里，在低能量下這個理論的其他預言和實驗符合得這樣好，以至于他們和也在哈佛的謝爾登?格拉肖一起被授予1979年的物理諾貝爾獎。格拉肖提出過一個類似的統(tǒng)一電磁和弱作用的理論。由于1983年在CERN(歐洲核子研究中心)發(fā)現(xiàn)了具有被正確預言的質量和其他性質的光子的三個帶質量的伴侶，使得諾貝爾委員會避免了犯錯誤的難堪?！?/p>

　　以上四種基本力的解釋及介紹強力、弱力和電磁力統(tǒng)一理論的文字均引用自史蒂芬?霍金著《時間簡史》一書。

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