北京時(shí)間10月29日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，各類(lèi)物理力在宇宙中無(wú)處不在。從在路上行走到火箭發(fā)射，再到貼在冰箱上的冰箱貼，這些都需要力的作用。盡管看上去花樣繁多，但我們?nèi)粘＝?jīng)歷的所有力都可以歸結(jié)成四種基本力：引力、弱力、電磁力、以及強(qiáng)核力。這些便是自然界的四種基本作用力，宇宙中發(fā)生的一切都由它們主宰。
引力
引力指兩個(gè)具有質(zhì)量或能量的物體之間的相互吸引力。從橋上墜落的石塊、圍繞恒星旋轉(zhuǎn)的行星、月球引發(fā)的潮汐……這些都是引力的體現(xiàn)。引力大概是最容易被理解、也最為人熟知的一種基本作用力，但也是最難解釋的一種。
牛頓是首個(gè)提出引力概念的人（據(jù)說(shuō)是由樹(shù)上掉落的蘋(píng)果啟發(fā)的）。他將引力描述為兩個(gè)物體之間的吸引力。但在幾個(gè)世紀(jì)之后，愛(ài)因斯坦在廣義相對(duì)論中提出，引力其實(shí)并不是一種吸引、也不是一種力，而是物體使時(shí)空發(fā)生扭曲的結(jié)果。一個(gè)大型物體對(duì)時(shí)空的作用，有點(diǎn)像把一個(gè)大球放在一張床單中間，會(huì)使床單發(fā)生形變，而床單上的其它較小物體便會(huì)隨之向中間滾落。
雖然引力能夠?qū)⑿行?、恒星、太?yáng)系、甚至星系維系在一起，但它實(shí)際上是最弱的一種基本力，在分子和原子尺度上尤其微弱。你可以這樣理解：從地上拿起一個(gè)球、或者抬起一只腳、或者跳幾下到底有多難？這些動(dòng)作都是在與整個(gè)地球的引力相對(duì)抗。在分子和原子尺度上，相比其它幾種基本力，引力的影響可以說(shuō)微乎其微。
弱力
弱力在核聚變反應(yīng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。太陽(yáng)通過(guò)核聚變產(chǎn)生能量，滋養(yǎng)著大多數(shù)地球生命。
弱力又叫弱核相互作用，與粒子衰變有關(guān)。衰變是指一種類(lèi)型的亞原子粒子轉(zhuǎn)變成另一類(lèi)型，例如，一個(gè)靠近中子的中微子能夠?qū)⒃撝凶愚D(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，同時(shí)自身轉(zhuǎn)變成電子。
物理學(xué)家通過(guò)玻色子的交換來(lái)描述這種相互作用過(guò)程。玻色子是一種攜帶著力的粒子。特定類(lèi)型的玻色子分別對(duì)應(yīng)著弱力、電磁力和強(qiáng)力。弱力涉及的是兩種名為“W玻色子”和“Z玻色子”的帶電粒子。當(dāng)質(zhì)子、中子和電子等亞原子粒子之間的距離小于10-18米、或質(zhì)子直徑的0.1%時(shí)，玻色子就會(huì)在它們之間發(fā)生交換，使這些亞原子粒子衰變成為新的粒子。
弱力在核聚變反應(yīng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。太陽(yáng)通過(guò)核聚變產(chǎn)生能量，滋養(yǎng)著大多數(shù)地球生命。此外，考古學(xué)家會(huì)利用碳14來(lái)判斷遠(yuǎn)古時(shí)期的骨頭、木頭和其它生物化石的年代，這也與弱力分不開(kāi)。碳14分子由6個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子構(gòu)成，其中一個(gè)中子衰變成質(zhì)子后，便形成了氮14，由7個(gè)質(zhì)子和7個(gè)中子構(gòu)成。這種衰變發(fā)生的速度規(guī)律性很強(qiáng)，因此科學(xué)家可以用它確定古代化石的年代。
電磁力
電磁力又名洛倫茲力，作用于帶電粒子之間（如帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的質(zhì)子）。電荷異性相吸、同性相斥。電荷越高，彼此之間的電磁力越強(qiáng)。此外和引力一樣，即使兩個(gè)帶電粒子相隔無(wú)限遠(yuǎn)，相互之間的電磁力也依然存在，只不過(guò)會(huì)非常、非常微弱。
從名字可以看出，電磁力由兩部分構(gòu)成：電力和磁力。物理學(xué)家最初將它們描述為相互獨(dú)立的兩種力，但他們之后意識(shí)到，電力和磁力其實(shí)是同一種力的兩個(gè)成分。
其中，無(wú)論帶電粒子處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)還是靜止?fàn)顟B(tài)，電力都會(huì)在它們之間發(fā)揮作用，產(chǎn)生讓兩個(gè)粒子相互影響的電場(chǎng)。但一旦帶電粒子開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，它們之間就會(huì)表現(xiàn)出磁力、在周?chē)纱艌?chǎng)。每當(dāng)你給電腦充電、或打開(kāi)電視時(shí)，電子一旦在電線(xiàn)中飛速運(yùn)動(dòng)起來(lái)，電線(xiàn)就會(huì)產(chǎn)生磁性。
電磁力在帶電粒子之間的轉(zhuǎn)移是通過(guò)光子實(shí)現(xiàn)的，光子是一種沒(méi)有質(zhì)量的玻色子，即構(gòu)成光的粒子。不過(guò)，在帶電粒子之間轉(zhuǎn)移的光子其實(shí)是光子的另一種表現(xiàn)形式，它們是虛擬的，無(wú)法被探測(cè)到，雖然從技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，它們和實(shí)際存在的、可探測(cè)的光子完全相同。
一本書(shū)之所以能穩(wěn)穩(wěn)地放在桌面上、而不會(huì)在重力作用下透過(guò)桌面掉到地上，就是因?yàn)樽雷釉又械碾娮訒?huì)與書(shū)本原子中的電子相互排斥所致。
我們?cè)谌粘Ｉ钪懈惺艿降谋姸喱F(xiàn)象都與電磁力有關(guān)，比如摩擦力、彈力、普通的力、以及讓固體保持一定形狀的力等等。甚至連鳥(niǎo)類(lèi)和飛機(jī)飛行時(shí)產(chǎn)生的的拖曳感也與電磁力有關(guān)。這些現(xiàn)象之所以能夠發(fā)生，都是因?yàn)閹щ娏Ｗ樱ɑ蛑行粤Ｗ樱┲g發(fā)生的相互作用。例如，一本書(shū)之所以能穩(wěn)穩(wěn)地放在桌面上、而不會(huì)在重力作用下透過(guò)桌面掉到地上，就是因?yàn)樽雷釉又械碾娮訒?huì)與書(shū)本原子中的電子相互排斥所致。
強(qiáng)核力
強(qiáng)核力又名強(qiáng)核相互作用，是自然界四種基本力中最強(qiáng)的一種，強(qiáng)度達(dá)引力的6×1039倍。它可以將構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子結(jié)合在一起、形成更大的粒子，如將夸克結(jié)合在一起、構(gòu)成質(zhì)子和中子，再將質(zhì)子和中子結(jié)合在一起、構(gòu)成原子核。
與弱力相似，強(qiáng)力只有在亞原子粒子間距離極小時(shí)才能發(fā)揮作用，彼此之間的距離不能超過(guò)10-15米，約等于質(zhì)子直徑。
強(qiáng)力的奇特之處在于，不同于其它幾種基本力，亞原子粒子距離越近、強(qiáng)力就越弱，粒子距離最遠(yuǎn)時(shí)反而最強(qiáng)。一旦兩個(gè)夸克進(jìn)入彼此的作用范圍，膠子（一種沒(méi)有質(zhì)量的帶電玻色子）就會(huì)在它們之間傳遞強(qiáng)力，將它們緊緊“黏結(jié)”在一起。一小部分強(qiáng)力會(huì)在質(zhì)子與中子之間發(fā)揮作用，名為“殘留強(qiáng)力”。原子核中的質(zhì)子由于都帶正電荷，本應(yīng)相互排斥，但殘留強(qiáng)力可以蓋過(guò)這種排斥力，使原子核中的粒子維持結(jié)合狀態(tài)。
統(tǒng)一的自然
一些科學(xué)家認(rèn)為，四種基本力可以合并為一種主宰宇宙萬(wàn)物的力，這就是所謂的統(tǒng)一場(chǎng)理論。
關(guān)于四大基本力，有一個(gè)問(wèn)題尚未解決：所謂的“四種”基本力，會(huì)不會(huì)其實(shí)是宇宙中一種高級(jí)力的不同體現(xiàn)呢？若真是這樣的話(huà)，各種力應(yīng)當(dāng)都能與其它力合并才對(duì)。而目前已經(jīng)有證據(jù)體現(xiàn)了這種可能性。
1979年的諾貝爾物理學(xué)家授予了哈佛大學(xué)的謝爾頓·格拉肖（Sheldon Glashow）、史蒂文·溫伯格（Steven Weinberg）、以及帝國(guó)理工學(xué)院的阿卜杜斯·薩拉姆（Abdus Salam），因?yàn)樗麄儗?shí)現(xiàn)了電磁力與弱力的統(tǒng)一、提出了“電弱力”的概念。而物理學(xué)家還希望找到某種大一統(tǒng)理論，能夠?qū)㈦娙趿εc強(qiáng)力結(jié)合在一起、形成電核力。根據(jù)模型預(yù)測(cè)，這種力的確是存在的，但目前尚未被研究人員觀(guān)察到。最終，研究人員還需要將電核力與引力統(tǒng)一在一起，形成真正的“萬(wàn)物理論”，即能夠解釋整個(gè)宇宙的理論框架。
但物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，要想將微觀(guān)世界與宏觀(guān)世界結(jié)合在一起相當(dāng)困難。在較大尺度、尤其是天文尺度上，引力占主導(dǎo)作用，最好用愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論來(lái)解釋。但在分子、原子或亞原子尺度上，自然界則最好由量子力學(xué)來(lái)解釋。而到目前為止，還沒(méi)有人能很好地將這兩個(gè)迥異的世界設(shè)法結(jié)合在一起。
研究“量子引力”的物理學(xué)家希望能用量子世界的概念來(lái)描述引力，從而推進(jìn)兩個(gè)世界的結(jié)合。而這種方法的關(guān)鍵在于找到引力子，即理論上存在的引力玻色子。引力是目前唯一一種不用玻色子便可描述的基本力，但由于其它幾種基本力的解釋都需要玻色子，科學(xué)家認(rèn)為一定也存在亞原子級(jí)別的引力子，只是尚未找到而已。
“暗物質(zhì)”和“暗能量”的概念則使整個(gè)局面變得更加繁冗復(fù)雜。宇宙約95%都由它們構(gòu)成。目前仍不清楚暗物質(zhì)和暗能量究竟是由單個(gè)粒子構(gòu)成、還是由一整套擁有自己的力和“信使”玻色子的粒子構(gòu)成。
目前科學(xué)家最感興趣的信使粒子主要是理論中的“暗光子”，它可以調(diào)解可見(jiàn)宇宙與不可見(jiàn)宇宙之間的相互作用。假如暗光子真的存在，將成為我們探測(cè)暗物質(zhì)的關(guān)鍵，并幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)第五種基本力。不過(guò)目前為止，科學(xué)家尚未發(fā)現(xiàn)任何暗光子存在的跡象，甚至有研究提出了“暗光子并不存在”的強(qiáng)有力證據(jù)。
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