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2008年5月13日 星期二

四大基本作用力

  描述了生活的時空、物質的組成與物質作用的場的觀念後,物質的相互作用力可簡單的分成四大基本作用力:萬有引力、電磁作用力、弱作用力與強作用力。
  強作用力,是將質子與中子束缚在原子核中的短距離作用力,比質子間的Coulomb力大的多,故稱之。弱作用力,是物質在某些輻射衰變時所產生的短程作用力,比一般的Coulomb力弱的多,故稱之。電磁作用力,即Lorentz電磁作用力,為帶電物質所受的電力與磁力的合力。我們稱為摩擦力的力,其實就是電磁力。萬有引力,也就是重力,只要有質量的物質就會受萬有引力的作用。在基本粒子的領域中是最弱的作用力。
  由Newton第二定律知道,質量很單純的只被當成一個物體對外力作用之抗拒特性,故以外力作等加速直線運動,似乎仍可以讓物體的速度無限的增加,甚至超過光速。而Einstein的特殊相對論告訴我們,當速度接近光速時,質量也可看成能量,速度越快,物體所蘊含之能量越大,而此能量將轉換成質量,讓物體越來越難移動,而要用更大的力量(更大的能量)才能拉動!
  先前提到有質量之物體會在空間形成重力場,只不過要如地球一般的星體的我們才能明顯感受重力場的作用,故在如此巨觀之系統,量子效應其實相當不顯著。但在考慮黑洞時,黑洞是物質受重力作用極端壓縮的微觀系統,故應該有量子效應,所以應發展所謂的量子重力理論,即要設法將量子力學與廣義相對論結合。
  如果巨觀與微觀之情況,重力都強到須考慮,那理論涉及之尺度變化相當龐大,這也是為何四大基本作用力想要統一描述,重力總是很不合群的原因!而現在的超弦理論企圖統一四個基本作用力,並提出不少理論預測,但可惜的是目前還沒有真實的現象來驗證!在我們日常生活中,看似平常的重力,其實是相當不平凡的呢!

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