现代自然科学表明:自然界的四种相互作用构成自然界的运动,并进一步证明,在自然界中除直接的相互作用(碰撞和摩擦)以外,还有间接的相互作用,即通过物理学的相互作用。这就是引力相互作用,弱相互作用,电磁相互作用,强相互作用,要了解这些相互作用如何构成运动,必须对各种相互作用有大概的认识。
强相互作用发生在强子之间,光子和轻子没有直接的强相互作用。结合核子成为原子核的核力相互作用,介子和重子相互碰撞而产生粒子过程的相互作用,都是强相互作用。由于介子和重子都具有直接的强相互作用,人们就把它们统称为强子。强相互作用的强度约为电磁相互作用的103倍,左右的有效里程约为10-13秒厘米。完成作用所需要的时间约为10-23秒,力程和作用时间,反映了强相互作用过程的空间特征和时间特征。
电磁相互作用是发生在所有的荷电粒子和光子之间的相互作用,光子是电磁相互作用的媒介粒子,荷电粒子之间由于相互交换光子,从而形成了电磁相互作用。它的作用强度可用无量刚参量α(α称为精强结构常数)来表征,有效力程可以达到无穷远。但是,它的强度要随着距离的增加而减少,特征时间为10—21秒。
弱相互作用是广泛地发展的相互作用,除光子之外,一切粒子都具有弱相互作用。粒子衰变过程,则是弱相互作用的最主要的表现。它的作用强度的数量级约比电磁相互作用弱10-9倍,有效力程约为10-15厘米,特征时间在10-18秒和15秒之间。中间玻色子是弱相互作用的媒介粒子,它与光子不同,可以带电,也可以不带电,也有静止质量。
引力相互作用是一种最普遍的相互作用,但强度最小,比弱相互作用还要小25个数量级,有效力程可以达无限远。引力相互作用的根源是质量,由于微观粒子的质量很小,引力相互作用的强度很弱,因此,在微观领域中引力相互作用往往可以忽略不计。在宇观领域,由于天体都具有巨大的质量,因此,引力相互作用就表现为主要的作用了。
这四种相互作用是怎样构成运动的呢?(www.xing528.com)
在宇观运动中,万有引力相互作用起着主要的作用。地球表面的自由落体运动,是位移运动的一种形式。物体之所以自由地向着地球下落,是因为它受到地球引力的影响,所以,引力相互作用,是地球表面物体位移运动的原因之一。研究证明,自然界中的四种相互作用都能构成位移运动。
热的本质是分子运动,分子之间存在着直接的相互作用,如直接的碰撞等,同时也存在着间接的相互作用。在分子之间存在着一种相互作用力,人们都称它为分子力。所谓分子力,主要是瓦尔斯力,它起源于分子内部的电性结构,属于电磁相互作用。因此,分子力,也就是电磁力,电磁相互作用是热运动的内在原因。
化学运动是指在原子核组成不变的情况下,生成新物质的变化。这种变化的成因,在于核外电子运动状态的改变所引起的物质组成的质变。物质的组成是由于在分子或晶体内部原子之间发生强烈的吸引作用。这就是化学键。化学键有三种基本类型:离子键、共价键、金属键。生成这三类化学键的根据,都在于电磁相互作用。离子键又叫电价键,由阳离子和阴离子之间的静电作用而形成的化学键,存在于离子型分子和离子型晶体之中。共价键是分子和晶体里原子间通过共同电子所形成的化学键。所谓电子对也就是电子云重叠。由于原子间的共同电子对数目的不同,共价键也不同。共用一对电子所形成的是共价单键,共用两对电子所形成的是共价双键,共用三对电子所形成的是共价三键。由于成键的两原子电负性的不同,共价键还有极性共价键和非极性共价键之分。金属键是金属正离子和自由电子的相互作用所形成的共价键,又叫改性共价键。固态或液态金属为什么会具有导电性呢?就是由于其中自由电子在外加电磁的作用下定向移动所造成的。金属的其他性质,如导热性,良好的机构加工性能和紧堆结构等,都同自由电子的存在和运动有关系,由于电磁相互作用,化学键的生成和断裂,便构成了化学运动。
生命运动同哪一种相互作用有关呢?这是一个极其复杂的问题。从宏观上看,生命运动同自然界中的四种相互作用,似乎没有什么联系。但是,自物理学、化学在生命科学中应用以来,人们就可以从分子水平上去研究生命运动,从而说明在微观领域发生的相互作用,在生命体内也同样是存在着的。在20世纪40年代,薛定谔写了一本《生命是什么》的著作,提出了一系列一般人在当时还难以接受的观点,认为生命都有自己的热力学基础,因为机体是开放的系统,这个热力学状态并不是平衡态,而是非平衡态,由此提出了“负熵”的概态,说明机体的有序性。60年代末,普利高津提出的耗散结构理论,发展了薛定谔的这些观点,并证明了这些观点的正确性。薛定谔还提出了生命的分子基础的问题,认为遗传的物质基础是有机分子,遗传性状以密码形式通过染色体传递。1944年,研究证明在转化现象中DNA起着决定性作用。所谓转化现象,指的是一个生物品种吸收了另一个品种的一些物质以后,它的遗传性状按照后一品种发生改变的现象。1953年,沃森和克里克根据对X射线的分析,提出了DNA的双螺旋结构,成为分子生物学的开端,说明生物机体以分子为基础的预定是完全正确的。薛定谔还认为,生物体中存在着量子跃迁现象,X射线能够引起基因的突变,量子力学适用于生命现象。根据现代的研究成果,不少人认为,只有从量子力学的观点出发,研究电子的能级及其变化,才有可能了解生物体内的基本过程。生物分子以及活体中的过程,都和电子状态及其变化有关,分子生物学、量子生物学已逐渐成为现代生物学的主流,随着现代生命科学的发展,必将进一步证明,量子过程是生命过程的基础,我们必须从量子过程中探索生命过程的本质。尽管生命内部的这种过程,目前还不十分清楚,但是,在这些过程中,一切运动同样是由电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用等相互作用所构成的。关于这一点,是完全可以肯定的。
现代科学证明,无论是宇观、宏观领域,还是微观领域,一切运动和变化都是由弱相互作用构成的,说明相互作用就是终极原因,这就永远结束了对世界之外第一推动力的寻求。
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