宇宙中的四大基本力
在我們的生活中每做一件事,都會產生力的相互作用,例如你拿起水杯喝水的過程,在經典力學看來,你給水杯提供了一個向上的力,改變了水杯靜止的初始狀態。不過我們平時所說的推力、提升力、摩擦力並不是宇宙的基本力,而是電磁力的一種表現形式。
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。
而且在生活中我們能看到的宏觀世界所產生的物質運動和變化,也就是看到的所有現象都是由電磁力和萬有引力支配的,因為這兩種力是一種長程力,作用範圍沒有限制,可以在微觀上起作用,也可以在宏觀上達到無限遠,而且還能夠因為電荷或質量/能量的增加正向疊加。所以說這兩種力,控制著我們的宏觀世界。
其中電磁力的相互作用方式是通過帶電粒子互相傳遞光子來實現的,而引力根據標準模型的預測,也是存在一個傳遞力的粒子,不過我們目前還沒有發現這種引力子。而廣義相對論認為,質量/能量會影響彎曲周圍的時空,而彎曲的時空又會影響質量/能量物體的運動方式,這種物體在彎曲時空中的運動變化,就表現出了引力。
在宇宙中除了宏觀世界以外,還存在著控制微觀世界的法則,其中包含兩種力:強核力和弱核力,雖然強力比引力強力38個數量級,就連弱力也比引力強了32個數量級,但它們的作用範圍有限,分別為10^15米和10^18米,超過這個距離這兩種力就失去了作用。
其中強力將不同色荷的夸克通過傳遞膠子的方式結合在一起形成質子和中子,而質子和中子也是通過強力結合成原子核的,弱力通過控制釋放W、Z玻色子來控制粒子的衰變。
通過對四種基本力的了解,其實我們可以看出引力雖弱,但是其他的力也不會影響引力的作用方式,換句話數,強力它在怎麼強也不會去幹擾引力對微觀和宏觀世界的控制。
最弱的引力為何會形成宇宙中如此強大的天體
我們經常會說,引力是一個很容易失控的力!為啥這麼說呢?因為在宇宙中存在著大量的質量/能量物體,而引力的作用範圍又沒有限制,所以當質量/能量大量聚集的時候引力也會變得非常大。
我們知道黑洞這種極端的引力天體來自於大質量恆星死亡後的核心殘骸,一顆恆星在主序星階段(燃燒氫的階段)核心聚變產生的輻射壓力(可以認為是電磁力)和質量產生的引力相互對抗平衡,當恆星首先將核心中的氫燃燒完以後,就會開始燃燒堆積在核心的氦,那麼恆星就脫離了主序星階段,因為輻射壓力的增強,恆星會膨脹為一顆紅巨星,更重的元素會繼續往核心堆積,核聚變依然會在核心的外層繼續進行!
質量在太陽質量8-10倍的恆星,會一直將輕元素聚變為鐵元素,而鐵元素已經無法在聚變下去,就會導致最核心聚變的停止,並且當核心的鐵核質量堆積達到3倍左右的太陽質量時,引力會將核心壓縮為一顆黑洞,並且在短時間內釋放出巨大的引力勢能,將整個恆星外層炸毀,形成核坍縮型超新星爆發。
從黑洞的形成過程我們可以看出,這一切都有由引力和電磁力互相作用形成的,其實跟強力和弱力沒有任何關係,因為宏觀世界的事情本身就不再他們管轄的範圍內。
黑洞這種天體其實從定義上看,就是一個光都無法逃脫的極度彎曲的時空區域,而唯一能夠對時空產生彎曲效果的正是質量/能量,所以不管引力由多麼的弱,只要有足夠的能量,都會產生一個極度彎曲、光線無法逃脫的時空區域。