四種基本力之一的弱力有多弱?只比引力強,卻能左右太陽的存亡

2020-09-22 九品博物官

早在17世紀,牛頓就問了一個所有人都想當然的問題,也就是為什麼蘋果會掉到地上,而不是飛到天上?後來他發現了萬有引力定律,根據他的發現人們得知,兩個物體間的距離每上升多1倍,引力的強度就會減弱4倍(即距離愈遠,引力愈弱),你發現了嗎?引力在我們的生活中無處不在,比如,放在地上的東西不會隨便飄起來,高處的東西失去支撐會掉下來,拋到高空的東西不出意外會落回地面,蘋果會砸到樹下的牛頓,長發會垂下來及腰,這些都是受到了萬有引力的作用,我們常說水往低處流,其原因也是水受到引力影響由高處向低處流,你知道嗎?四大基本力指的是自然界的4種基本力,其中包括強核力、弱核力、電磁力以及引力,電磁力作用於任何帶電荷的粒子,同種電荷會相互排斥,相反的電荷會相互吸引,順帶一提,電磁力由光子來介導,可以發生在無限遠的地方,但中性物質卻對此力無感,弱力和強力是產生在微觀領域的相互作用,作用效果在微觀層面才能觀察到,兩者都屬於短程力,屬亞原子粒子間的相互作用,毫無疑問,強核力是四大基本力中最強的力,它能夠將質子和中子緊緊束縛在一起,而質子與中子是由夸克構成,強核力會首先通過膠子將各個夸克「黏在一起」,從而實現質子與中子之間的緊密連接,自 1947 年發現與核子作用的π介子以後,實驗陸續發現了幾百種有強相互作用的粒子,這些粒子被統稱為強子,當我們說到弱力時,不少人會質疑,它會不會不是一個真正的力?現在我們在回想下,弱力真的是一種力嗎?


每當我們談論弱相互作用的時候,通常只會說某種類型的放射性衰變,這些放射性衰變會讓一個重夸克或輕子衰變為更輕更穩定的夸克和輕子,例如,構成中子的一個下夸克釋放出一個W玻色子,衰變為質子,弱力的確控制著這一過程,但這聽上去似乎有別於其它力的描述,但事實證明,弱力就是一種力,大家只是不經常聽說它以傳統的方式運作,原因是因為它太弱了,由於放射性衰變通常會涉及到帶電粒子,就使得弱力在電磁力面前顯得非常渺小,即使在一個質子的微小尺度上,電磁力也要比弱力強上1000萬倍,直到1967年,倫敦帝國學院的阿伯達斯薩拉姆和哈佛的史蒂芬溫伯格,提出了弱作用和電磁作用的統一理論後,弱作用才被很好地理解,縱觀來看,弱力是4種基本力中第3強的力,弱力的作用距離比強力短,是4種基本力中作用距離最短的力,從概念上來看,弱核力是指造成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,弱核力又稱弱力,弱核力只作用於自旋為二分之一的粒子,這種粒子多數人並不理解,其實它只是自旋兩整圈後從各個角度來看都是一樣的一種粒子,在弱核力的作用下,中子可以轉化為質子,相當於附帶一個電子和一個電反中微子,弱核力最好的例子是β衰變,這一點被物理學家吳健雄用實驗證實。

其實,核武器就是以弱核力為基礎,可以說,它負責放射性現象,因為弱力只作用於夸克、電子、中微子等費米子,而對光子、膠子等玻色子不起作用,根據量子場論的解釋來看,費米子之間依靠交換W+、W-、Z三種玻色子來進行弱相互作用的傳遞,1911年,在曼徹斯特的歐內斯特盧瑟福進行的一項實驗中,鐳的放射性衰變產生的一束帶電粒子射向一張薄薄的金箔,當時人們普遍認為原子的質量是均勻分布的,猶如布丁般,在這種情況下,來自鐳的帶電粒子理應會以很小的偏轉通過金箔,令盧瑟福吃驚的是,其中一些粒子幾乎直接從金屬箔上彈了回來,這表明它們受到了金原子中又小又重的東西的反彈,盧瑟福將其定義為原子核。


電子圍繞原子核旋轉,就像行星圍繞太陽旋轉一樣,其實,弱力也與原子的衰變有關,你發現了嗎?自然界中存在許多放射性元素,比如鈾,像鈾這種不穩定的重元素,其原子核會自發的發生放射性衰變,不穩定的重元素會轉變為穩定的輕元素,由於強力足足比引力強了一千萬億億億億倍,事實上,正是它那強而有力的臂彎才將質子和中子緊緊地擁在一起,從而形成原子核,我們知道物體由原子組成,原子則由原子核組成,原子核集中了整個原子絕大部分的質量,如此看來,原子核的重要性不言而喻,鑑於組成原子核的質子帶有正電,按理說,同性相斥,質子和質子要相互推攘,整個原子核應該分崩離析,在此關鍵時刻,卻出現了鐵腕人物,「強力」平叛,維持了穩定、統一,幸好,弱力比較「弱」,才能使得放射現象較為緩慢,我們的太陽才不至於很快燒完,據推算,它至少還有40億年的壽命,趕緊和身邊的小夥伴分享這些小知識吧。

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    1、萬有引力萬有引力是任何物體之間存的相互吸引力,是四個基本相互作用中最弱的,但是同時又是作用範圍最大的(不會如電磁力一般相互抵銷)。
  • 四種作用力中引力最弱,為何能坍縮出黑洞這樣的極端天體?
    還拿水杯來說,你拿起水杯的過程其實就是你手臂產生的電磁力在對抗萬有引力的過程,在這個過程中我們能清楚地感受到電磁力要比萬有引力強的多,畢竟產生萬有引力的地球要不我們手臂看去來要強壯的多,而且一個生物能夠舉起比自己體重大得多的重物,這一切都得益於電磁力比引力強了36個數量級。
  • 四種基本力中引力是最弱的,為何還能坍縮出破壞力超強的黑洞?
    引力雖然是四種基本作用力中最弱的,但是引力的作用範圍無限遠,而且可以無限疊加,這使得引力控制著宇宙中大尺度的宏觀物質運動。四種基本力在物理學中,物質間的相互作用可以解釋一切和物質有關的物理現象,目前人類一共發現了四種相互作用,或者說是基本力,它們分別是:強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用和萬有引力相互作用。
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    一直有人對引力的本質有懷疑,弄不清引力場是怎麼回事,是物體本身存在的還是空間存在的;還有人認為既然這個世界不存在永動機,為什麼會產生引力呢?其實引力不是「產生」的,而是這個世界本身就存在的,是四種基本作用力之一。引力是質量引起,是物質的本質屬性。引力大小與相互作用物體質量乘積成正比,與它們的距離平方成反比。
  • 引力不是四種基本力中最弱的嗎,為什麼感覺是最重要的呢?
    四種基本力的由來牛頓之前,可沒有四種基本力這種說法,這還得回顧一下物理學小小的發展歷史。物理學從伽利略牛頓開始,最後由麥克斯韋把電學和磁學合二為一,把當時所有理論歸於一統。這就是「經典物理學」,也是物理學的黃金時代。
  • 自然界中四種基本力
    大自然中有四種不同的「力」,除了最廣為人知的引力和電磁力之外,還有兩種是「強力」和「弱力」,這四種目前發現的基本作用力,宇宙中已知的一切,都由它們主宰。引力相互作用作用,在宇宙的大尺度上無處不在,它是刻畫星體運動的基本規律,比如大家熟知的太陽、地球和月亮之間的關係;當然,從大的行星運行到微小的蘋果墜落,引力之存在,與生活息息相關。
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    四種基本力量:電磁力,強力,弱力,引力。而愛因斯坦認為,最基本的力量可以用經典力學來描述,即所謂的經典場。而量子力學的基本問題是否與經典力學完全相同?愛因斯坦在1926年發表《論動體的電動力學》一文時並沒有說明這一點,只說了兩點:(1)我對於粒子物理學研究進行了很大的努力,並且在原始版本中發現問題在於粒子的運動應當有其自身的規律;(2)我希望找到不同粒子在空間中的勢能比,即用一個勢能平面去描述不同粒子的勢能。基於以上兩點,愛因斯坦認為非慣性系中的一維問題可以通過把整個坐標系轉變為自由空間的一維問題來加以解決。
  • 引力是自然界四種基本力中最弱的,為何我們感覺如此重要?
    說引力最弱,是相對於其他三種力而言的,相對於電磁力,強核力和弱核力,引力確實很弱,地球如此大的質量產生的引力,人類就能輕而易舉擺脫地球的引力飛向太空。你隨手在路上撿起一塊石頭,就能很輕鬆扔的很遠!而對於強核力和弱核力來說,微觀粒子要想擺脫彼此之間的束縛是非常困難的,比如說太陽的核聚變的條件如此苛刻就顯示出了強核力的恐怖,太陽核心溫度高達1500萬攝氏度,3000億個大氣壓才能克服強核力!強核力也是自然界最強的一種力量!引力如此之弱,為什麼我們感覺很重要呢?
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    在我們宇宙中有四種基本力,即引力、電磁力、強力、弱力。引力,這好理解。月球繞著地球轉,地球繞著太陽轉,這都是引力在起作用。樹上的蘋果因為地球引力掉落下來砸到了牛頓的頭上,於是萬有引力理論誕生了。電磁力,對於我們來說,肯定就是小時候玩磁鐵是對它最直觀的認識了。其實我們生活中,絕大部分的現象都是電磁力在起作用。我用手推開一個箱子。
  • 【物理原理】力——自然界的四種基本相互作用
    >來自大名鼎鼎的村山齊的《自然界的四種基本相互作用力》 卷首語:力——自然界的四種基本相互作用 為什麼月亮得以圍繞地球作周期性的運動?為什麼太陽會發光發熱?為什麼不帶電的中子與帶正電荷的質子可以結合在一起形成穩定的原子核?科學家發現,諸如此類的自然現象之所以發生,原因在於其背後隱藏著四種基本的相互作用,它們分別是引力、電磁力、弱核力和強核力。本期推出了主打文章「村山齊博士闡述四種基本力」,旨在探討支配宇宙萬物如何運作的這四種力的典型特性及其相關的未解之謎。
  • 極簡說明強力和弱力
    我們這個宇宙中存在四種力,分別是,強力,弱力,電磁力和引力。電磁力好理解,你拿把尺子摩擦一下頭髮就能吸起紙屑,這就是電磁力。引力也好懂,地球圍繞著太陽轉就是靠萬有引力。強力跟弱力都是原子層面的力,我們都知道的原子由原子核和電子構成,原子核裡是質子和中子。強力就是把質子和中子拴在一起,不讓原子核散架的力,要讓質子和中子乖乖的待在那麼小的一個空間裡不嫌棄對方,一定要有一個力去克服這個排斥力,這個力就是強力。
  • 引力是四種基本力中最弱的,為何是它引起坍縮產生黑洞?
    #科學了不起#物理學家試圖用物質間的相互作用力來解釋一切與物質相關的物理現象,至今為止,總共找到了4種基本相互作用力:強力、弱力、電磁力和萬有引力。強力和弱力起作用的尺度很小,只在原子核內部起作用。距離只要稍遠一點,這兩種力就會衰減得無影無蹤,因此在宏觀世界無法感受到它們的影響。電磁力跟強力和弱力一樣,在微觀世界發揮作用。但是它的作用範圍比強力、弱力稍遠一些,主要發生在原子核與電子之間。
  • 2014年環保工程師基礎知識複習:四種基本力(相互作用)
    四種基本力:強相互作用力、弱相互作用力、電磁力、萬有引力。  強相互作用力  將質子和中子中的夸克束縛在一起,並將原子中的質子和中子束縛在一起。一般認為,稱為膠子的一種自旋為1的粒子攜帶強作用力。它只能與自身以及與夸克相互作用。
  • 引力是四種基本力中最弱的,科學家承認它可能洩露到其它空間維
    物理學最基本的目的之一是尋求自然界物質運動的統一規律。按照現代物理學的觀點,支配物質世界各種運動現象的力可歸結為四種基本相互作用,即引力相互作用、電磁相互作用、強和弱相互作用。四種基本相互作用的最終統一描述是物理學的重大、前沿科學問題之一。在這四種基本相互作用中,引力作用是所有物質之間都存在的一種相互作用,也稱為萬有引力。
  • 普林斯頓大學物理系學霸對四種基本力的介紹
    >我們每天經歷的所有力都可以歸結為四個基本的力:引力、弱核力、強核力和電磁力,它們支配著宇宙中發生的一切。特定種類的玻色子負責弱力、電磁力和強力。在弱力中,帶電的玻色子有W和Z玻色子。當質子、中子和電子等亞原子粒子相互靠近10^-18米,即質子直徑的0.1%時,它們可以交換這些玻色子,結果是亞原子粒子衰變為新的粒子。弱力對於核聚變反應至關重要,核聚變反應為太陽提供能量,並產生地球上大多數生命形式所需的能量。
  • 弱力和強力,來自微觀世界的神秘力量
    兩者都屬於短程力,屬亞原子粒子間的相互作用。弱力弱力是4種基本力中第三強的力,比電磁力要弱很多,強度約相當於電磁力的十億分之一。弱力的作用距離比強力短,作用範圍大約在10^-18米之內,是4種基本力中作用距離最短的力。
  • 為何說引力雖然是基本力中最弱的?但它能夠維持巨大星系的結構!
    我們再從更為宏觀方面想像,地球和其他行星圍繞著太陽運轉,這是太陽巨大的引力維繫著太陽系運行,銀河系中至少有2到4千億顆像太陽一樣的恆星,都是圍繞銀河系中央巨型黑洞產生的引力場轉動。其它的星系、類星體等也是如此,一想到這樣的情景,似乎我們很難相信在四個基本力中引力是最微弱的事實。