互相平衡但又相互制約,自然界的四種力你都知道嗎

2020-12-25 神奇的表面張力

在過去2000年中,科學家對於目前存在宇宙的四種力做足了功課,也為我們一點點揭開了它們的面紗,它們有的使我們立足於地球之上;有的就存在我們的身邊時刻為我們帶來便利;有的在醫療上面挽救他人的生命;有的則給我們帶來強大的武器也給我們帶來極大的迫害。這四種力便是:引力、電磁力、弱核力以及強核力。

引力

引力是所有物質之間存在的一種力,大到宇宙中的天體,小到我們看不見的一些微觀粒子,只有是有質量的物體,統統都收到引力的作用。眾所周知,第一個發現引力的是牛頓(據說是根據蘋果從樹上掉下來,由此引發的猜想),牛頓提出了著名的萬有引力定律,也使牛頓成為了現代力學的奠基人之一。引力使我們可以不被地球的自轉而拋離地球之外;引力使我們的空氣牢牢吸附在大氣層之內而無法洩漏出去;引力還使宇宙中星體與星體之間按照一定的規律公轉而不至於碰撞在一起,這些都是引力所帶給我們的好處。

但就目前科學界仍無法解釋引力到底是如何產生的,引力就好像質量的一種附屬產品,引力的產生與質量的產生是聯繫在一起的,質量是由空間的變化產生的一種效應,引力附屬質量的產生而出現。在初中的物理課本上我們知道,把引力具體化為一個質點,它與質量成正比,也就是說我們本身的質量越大,自己本身的引力也可以叫吸引力也就越大,這也解釋了隕石撞擊地球的原因是受到地球本身的吸引力造成的。

電磁力

電荷、電流在電磁場中所受力的總稱。也可以成為靜電力,作用於帶電粒子之間(如帶負電荷的電子和帶正電荷的質子)。電荷異性相吸、同性相斥。電荷越高,彼此之間的電磁力越強。此外和引力一樣,即使兩個帶電粒子相隔無限遠,相互之間的電磁力也依然存在,只不過會非常、非常微弱。從名字可以看出,電磁力由兩部分構成:電力和磁力。物理學家最初將它們描述為相互獨立的兩種力,但在之後的研究中,科學家發現電力和磁力其實是同一種力的兩個成分。

其實電磁力很好理解其中,無論帶電粒子處於運動狀態還是靜止狀態,電力都會在它們之間發揮作用,產生讓兩個粒子相互影響的電場。但一旦帶電粒子開始運動,它們之間就會表現出磁力、在周圍生成磁場。在現今工程技術能夠實現的條件下,可以產生強磁場和大電流,從而獲得強大的磁力,但卻難以獲得大量的靜電荷和強電場以產生強大的靜電力。幾乎所有的電動機都是靠磁力驅動的。而一些靜電儀器、電子管器件、靜電除塵裝置等,則是以靜電力來實現其功能的。

弱核力

弱力又叫弱核相互作用,與粒子衰變有關。放射性原子核或自由中子衰變的短程力,作用於所有物質粒子,而不作用於攜帶力的粒子。弱核力的發現極大揭開了微觀粒子的運行規律,為我們探尋微觀粒子的運動解釋了原因。這裡我要解釋一下衰變是指一種類型的亞原子粒子轉變成另一類型,例如,一個靠近中子的中微子能夠將該中子轉變為質子,同時自身轉變成電子。

弱力在核聚變反應中發揮著至關重要的作用。太陽的表面無時無刻不再發生著核聚變反應,通過核聚變產生能量,滋養著大多數地球生命。此外,考古學家會利用碳14來判斷遠古時期的骨頭、木頭和其它生物化石的年代,這也是應用了弱力的半衰期。碳14分子由6個質子和8個中子構成,其中一個中子衰變成質子後,便形成了氮14,由7個質子和7個中子構成。這種衰變發生的速度規律性很強,因此科學家可以用它確定古代化石的年代。目前弱核力還被應用在一些治療惡性腫瘤上面。

強核力

強核力又稱為強相互作用力,強子之間的力,是目前所知的四種宇宙間基本作用力最強的。它可以將構成物質的基本粒子結合在一起、形成更大的粒子,例如最早研究的強相互作用是核子(質子或中子)之間的核力,它是使核子結合成原子核的作用。與弱力相似,強力只有在亞原子粒子間距離極小時才能發揮作用,彼此之間的距離不能超過10-15米,約等於質子直徑。

強核力最奇特的地方在於,強核力的強度與距離成反比,也就是當兩個粒子貼近時,強核力基本消失,當兩個粒子足夠遠時,粒子的強核力反而最大。

自然界的四種力,相互制衡著,彼此之間又相互平衡,因此構成我們現在秩序井然的宇宙,或許宇宙中還有我們不曾了解的力存在,一切的未知都在等待著我們的探索,如果你有什麼想法,歡迎下方留言,我們一起討論。

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