我们目前只知道引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力这四种力是自然界的基本力,至于怎样的力才称之为基本力,或者说基本力的定义是什么?可能很少人能够回答这个问题。
在引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力这四种基本力之中,电力、磁力、强相互作用力和弱相互作用力中都包含有引力和斥力,或者说物质内部既有引力,也有斥力,为什么基本力中只有引力存在,而无斥力存在?原来四种基本力中的引力是指存在于任何两个物质质点之间的吸引力。引力作为任何两个物质间的相互作用力,并没有排除地球固有的同向磁场使物质间产生的引力,因为卡文迪许的扭秤实验是在地球上进行的,更加糟糕的是有力地证明了万有引力的存在性。
卡文迪许扭秤(卡文迪许扭秤实验)
电磁力是指带电的粒子或带电的宏观物体间的作用力,电力和磁力统称为电磁力,运动的电荷相互间除了有电力作用外,还有磁力的相互作用,电荷之间的电磁力是以光子作为传递媒介的,磁力实际上是电力的一种表现,电场和磁场之间的关系可由麦克斯韦方程组来表示。相互接触的物体之间的弹力、摩擦力、流体阻力、表面张力,以及气体压力、浮力、黏结力等都是相互靠近的原子或者分子之间的作用力的宏观表现,因而从本质上说也是电磁力。
我们知道,在绝大多数原子核内有不止一个质子。质子间的电磁力是排斥力,但事实上核的各个部分并没有自动飞离,这说明在质子之间还存在一种比电磁力还要强的自然力,正是这种力把原子核内的质子及中子紧紧地束缚在一起,这种存在于质子、中子、介子等强子之间的作用力称为强力。强力是夸克所带的“色荷”之间的作用力的表现,这种“色荷”之间的作用力也称之为色力,色力是以胶子作为传递媒介的。强子之间的距离超过约10-15m时,强力变得很小可以忽略不计,小于10-15m时,强力占主要的支配地位,而且直到距离减小到大约0.4×10-15m时它都表现为吸引力,距离继续减小,则强力就表现为斥力。
弱力也是各种粒子之间的一种相互作用,但仅在粒子间的某些衰变反应中才显示出它的重要性。弱力是以w﹢、w﹣、zo等叫做中间玻色子的粒子作为传递媒介的。它的力程比强子还要短,而且力很弱,两个相邻的质子之间的弱力大约仅有10﹣2Ν。
通过以上四种基本力的介绍,我们会发现电力与磁力、强相互作用力与弱相互作用力都具有对称性或相对性,都可以追溯其力之来源,知道力是如何产生的,不仅在微粒之中就表现出的作用力,而且具有传递媒介。唯独引力是独角兽,既不知道是如何产生的,也没有传递媒介,引力子更是不知道何处寻觅,而且引力是两个物质或物体间的相互作用力。物质内部的引力与斥力具有对称性或相对性,但引力与斥力不存在基本粒子,它是同种与异种粒子、同种与同种粒子之间或粒子间距离大小所表现出的性质,所以引力与斥力不是基本力。
综上所述,基本力是指普遍存在于自然界中的,具有严格的对称性或相对性,并且存在基本粒子作用的,具有中间传递媒介的,能够追溯其力之来源的力。所以目前所知道的四种基本力应该是磁力、电力、强相互作用力、弱相互作用力。按照基本力的概念,引力是不包含其中的,引力不是基本力。这是对基本力概念的统一。
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