四种基本相互作用力简介

读过初中的同学都知道，自然界中有很多种类的力，例如绳子的拉力、茶杯对桌面的压力、弹簧的弹力、万有引力、摩擦力、静电力、磁铁吸引铁屑的力、苹果落地的力、飞机的举力、水的浮力、火箭冲向太空的力，等等。但是，所有这些力归根结底都属于四种力：电磁力、引力、质子中子结合成原子核的力——强力和弱力。仔细分析起来，绳子的拉力、茶杯对桌面的压力、弹簧的弹力、摩擦力、静电力、磁铁吸引铁屑的力都属于电磁力；万有引力、苹果落地的力、水的浮力都属于引力，或者是由于引力而产生的；质子中子结合成原子核的力叫作强力；原子内部中子衰变为质子、电子、中微子的过程中，以及β衰变中都出现弱力。

将四种力进行比较，如果按照作用力的距离—力程考虑，依次是万有引力、电磁力、强力和弱力。力程最大、作用范围最远的是引力。地球距离太阳（两者的质心）1.49×108千米，二者之间的引力仍然迫使地球绕着太阳转—称为公转。当然，力的作用是相互的，地球也迫使太阳绕着地球转；但是在同样大的力的作用下，由于太阳的体积是地球体积的130 万倍，质量是地球的33 万倍，太阳绕地球的转动微乎其微，几乎没有观测效应。还有水星、金星、火星、木星、土星等太阳系内的其他行星对地球也有引力，银河系内其他星系对地球同样具有吸引力，但是由于相对于太阳的质量太小，或者相对于太阳的距离太远，产生的引力效应可以忽略不计。所以“太阳大，地球小，地球绕着太阳跑”“万物生长靠太阳”总是正确的，除非将来某一天地球或太阳某一个消失了，或二者都消失了！

力程较大，排在第二位的是电磁力。根据毕奥——萨伐尔定律和安培定律，电磁力的力程与万有引力一样，是无限远。但是由电磁铁吸引碎铁或者钢铁材料的例子，不论电磁铁的吸力多大，达到几米、几十米、几百米的距离后，电磁铁的吸力因为不敌重力而失效。

力程排第三的是强力，力程为10-15m，因为只有在原子核内，强力能够克服质子之间的电磁斥力而将质子、中子团结在一起而组成原子核。

力程排第四的是弱力。弱力的力程与强力差不多，比强力稍短，约为10-18m，应该小于原子核半径。(www.xing528.com)

如果按照作用力的强度考虑，强力第一，电磁力第二。这从前面的论述可以断定。弱相互作用力的强度排在第三位。最后是引力。设强力的强度为1，则电磁力的作用强度为10-2，弱力为10-12；而引力的强度最小，为10-40。究竟什么是作用力的强度呢？打个比喻吧。地面上有一块100kg的大石头，举重冠军能轻松地将这块石头举过头顶，设他的臂力的强度为1；一位成年男子能将50kg的石头举起，达到同样的高度，他臂力的强度就是那位举重冠军的0.5，或者写作5×10-1；现在来了一位13 岁的小姑娘，她正在读初中，在体育课上练习臂力，能把5kg的石头据高到同样的高度，其臂力的强度就是那位举重冠军的0.05。而一位刚会走路的婴儿，走起路来还东倒西歪呢，手提0.5kg的东西都费劲，面对100kg的大石头，只能望石兴叹了！其臂力的强度为最弱。

引力作用于所有具有质量的物体上，作用点在构成物体的每一个质点上，相当于作用在质心。牛顿见苹果落地而悟重力，所以是牛顿 发现了引力，并且写出了万有引力公式：。该式为矢量 式，式中M 为引力源质量，m为被引力源吸引的物体质量，r为二者质心间的距离，G是万有引力常数，符号表示引力的方向与m的单位矢方向相反。传递引力的是引力子。

电磁力的发现者是库仑，他曾经给出静电力的库仑定律。运动电荷在磁场中所受到的力叫作安培力矢量是磁感强度，Idl 是电流元，传递电磁力的是光子，电磁力的传播正是电磁波，电磁波是横波。

强子之间的相互作用力叫作强力，传递强力的是介子；而将夸克结合在一起成为强子的是胶子。共有八种胶子，它们都是玻色子，构成胶子八重态。后面我们还会谈到。原子核的β 衰变、重子和轻子的衰变以及中微子散射统称弱相互作用。在弱相互作用中时间反演、电荷共轭以及空间反射的对称性都遭到破坏，奇异数和同位旋的量子数也不再守恒。传递弱力的有三种粒子：W±和 Z0，它们也是玻色子。 四种基本相互作用基本情况列表如下：