自然界的 4 种基本作用力

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自然界的力，就其产生的根源和最基本的作用原理而言，可以归结为 4 种第一种力是万有引力，简称引力，它是宇宙中一切物质之间都存在的相互吸引的作用力，也是影响宇宙结构最重要的一种力。万有引力的大小与相互作用物体的质量成正比，与物质重心之间的距离成反比:
F=gmime/r式中的 m1、m2分别为相互作用的两个物体的质量，是它们之间的距离，g 是万有引力常数。这个公式称为万有引力定
律。
最早发现万有引力定律的是 17 世纪英国大科学家牛顿。1665~1666 年，伦敦发生大疫，牛顿离开剑桥大学回到自己家乡，在乡间农舍的阁楼上布置了一间简陋的实验室，夜以继日地从事观赛实验和数学计算，传说他从观赛苹果落地想到有引力，这不是没有道理的。开普勒同他的前辈学者吉尔伯特等人，把天体之间的引力看做是磁力。牛顿认为，月亮绕地球运动、行星绕太阳运动的力同苹果落地的力性质一样。这种吸引作用就像我们用绳子系一块石头让它以我们的手为圆心运动样，引力代替了绳子的拉力。

万有引力的作用范围很广，一直延伸到无穷宇宙可观测范围的边缘。这种作用范围很广的力叫长程力。第二种力是电磁力。1750 年，英国剑桥大学的米歇尔发现了磁力与距离平方成反比的定律。 1785~1789 年间，法国人
库伦用扭秤对此做了精确的验证。18~19 世纪，实验电磁学有了更快发展，物理学家建立了运动电荷力和磁力之间的相互作用、相互转化规律，电磁力最终被认为是同一种力，它也是一种长程力。分子与原子之间的作用，都来源于其内部的电磁力。摩擦力、弹性力都来源于物体分子与原子之间的电磁作用力。
自然界另外两种基本相互作用力是强相互作用力和弱相互作用力。
20世纪，物理学家发现原子核是由若干带正荷的质子和不带电的中子构成。带正电的质子之间存在斥力，这种斥力比它们之间的万有引力大得多，似乎质子与质子团聚在一起是不可能的。一定有一种新的强大的相互作用力存在，使得原子紧密地结合在一起，这种作用力称为强相互作用力。这种力是一种短程力，当距离增大时，强相互作用力急剧减小，它的作用范围为 10“厘米，这相当于原子核大小，超出这个界限，强相互作用力实际上已经不存在了;
19 世纪末 20 世纪初，物理学家还发现，有些原子核不稳定，能自发地放出射线，这种现象称为放射现象。深入研究发现，在放射现象中起作用的还有另一种基本的相互作用，称为弱相互作用。从作用力的强度进，它只有强相互作用力的 10作用范围也很小，是一种短程力。
自然界为什么只有上述 4 种作用力?还有没有其他的基本作用力?这些都是未来科学的“谜题”，有待人们去解开。此外，还有一个相反的问题:自然界的 4种基本相互作用是不是某种更基本的统一相互作用在不同条件下的表现 ?它们在宇宙诞生的极早期会不会是一种“统一力”?这是当代物理学的前沿之一，即相互作用力的“大统一问题”。这是现代科学一直在追踪思考和不懈探究的问题，虽然还没有解决，但科学家坚信:和谐、统一肯定是自然界的最本质特征之一。
科学研究还证明，自然界力的作用也同力的本质一样是带有根本性的问题的。 17~18 世纪的科学家大都相信万有引力必须通过某种介质才能相互传递，他们假定这种介质叫“以太”，它充满于宇宙空间中。到 20 世纪物理学革命中，“以太”说被否定了。物质间的相互作用也不是毫无中介的“超距作用”，而是以相应的力场作为中介发生作用的司4种基本相互作用相联系的力场分别是:万有引力场、电磁场、强相互作用场、弱相互作用场。