四種宇宙基本力| 強相互作用力| 理論| 天文

2021-02-15 Zack熊的科學日誌

強相互作用力

請你做好心理的準備,因為你出生以來所有的常識都即將被強相互作用力打碎。

如果你能看完這篇文章,熊小熊我,將一步步帶你了解強相互作用力,更一步清晰的理解這個世界(例如怎麼造核彈)。

 

核輻射威脅警告

回到正題。

 

不管是微觀還是宏觀,四種基本力都時時刻刻發揮作用。但隨著尺度不斷增加,有些力會高速地衰減(說的就是強相互作用力和弱相互作用力),而有些力的排斥力和吸引力則會相互抵消(說的就是除引力外的所有力)。

 

電磁力的正負電荷在宏觀上分布極端平均,而強相互作用力和弱相互作用力有衰減的太快,唯獨只有依賴於質量的萬有引力,在宏觀上仍然保持著較大的大小。

 

而今天我們將離開常見的引力和電磁力(經典物理),進一步了解主掌粒子階層的強相互作用力。

 

首先我們先思考這個問題

 

我們為什麼需要強相互作用力?到底是什麼原因使得強相互作用力如此必要?以至於我們提出力一個全新的基本力理論?

 

首先回憶原子的結構:

 

外層帶負電的電子

 

原子核由帶正電的質子(Proton)和不帶電的中子(Neutron)組成。

 

不是特別標準的原子模型,我會在以後的帖子裡解釋現在的原子模型。

現在我們集中我們的注意力在原子核上。原子核內的亞原子粒子(subatomic particle),中子和質子的總電荷是正性,而且根據電磁力來講,正電荷之間會排斥。

 

等等,如果這麼來說,原子核應該會以為自身排斥的電磁力而直接崩解。但經驗又告訴我們,沒有一個原子核會無緣無故的崩解,不然我們就都不會存在了。

 

這樣推理來看,必然存在另一種力對抗排斥的電磁力,而且肯定比電磁力更強大,而且還是只在原子核尺度上才發揮作用的。

不如我們叫他強相互作用力(Strong Nuclear Interaction)吧。#物理學家不會取名

 

強相互作用力(Strong Nuclear Interaction or Strong Interaction)

 

強相互作用力是人類已知最強大的基本力。在一費米(Femtometer)的尺度上,強相互作用力是電磁力的137倍,弱相互作用力的106倍,是萬有引力的1038倍。真正意義上的宇宙最強。

 

兩個中子的距離裡,亞原子粒子之間的強相互作用力將這個整個原子核綁定在一起。作為強相互作用力的媒介(Medium),介子(Meson)在質子之間不停移動,轉遞強相互作用力。同樣的過程也使用於中子。

由兩個上夸克和一個下夸克組成

當我們進一步縮小,我們到達一個質子的內部,強相互作用力變得更強,將3個夸克綁定在一起,形成質子。這個尺度上,強相互作用力的媒介變成了膠子(Gluon)。膠子,好名字    #物理學家不會取名。

 

反過來,當我們進一步變大,強相互作用力將一點點變弱,最終變得比電磁力還要小。

 

同理,你可以想像一個這樣虛構的界限,當兩個原子的原子核距離較遠時,電磁力會將兩者推開。但當你穿過這個界限時,進入強相互作用的地盤時,兩個原子就會相聚,然後融合成一個原子。

 

等等,有點熟悉的概念,這不就是核聚變(Nuclear Fussin)嗎。沒錯,當兩個原子相聚時,原本儲存的巨大的勢能就會釋放出來。前提是得先突破強大的電磁力,達到足夠近才行。核反應詳細的內容將會在之後的篇章中講述。

氘(Deutirium)和氚(Tritium)

這就是強相互作用力。如過你想知道更多的話,可以在評論中提要求,我也許會繼續解釋這個力背後的理論,量子色動力學(Quantum Chromodynamic)<= #物理學家不會取名

微信公眾號:熊小熊的科學日誌

長按上面二維碼訂閱

相關焦點

  • 什麼是四種基本力,在宇宙中起到了什麼作用?
    迄今為止物理學家們已經發現了宇宙可見物質中全部的四大基本力,所有觀察到的物理現象本質上都能用四種基本相互作用力得到描述和解釋。也正因為如此,無數物理學家們渴望把四種基本力綜合到一起,成為一個完善的物理學終極理論,也就是愛因斯坦晚年致力於的「大統一理論」由於我們的宇宙是由微觀粒子構成的,因此粒子之間的萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力決定了宇宙中的一切,相比其他三個基本力,引力是我們最為熟悉的,但它卻是最弱的力,日常生活中的小質量物體之間的引力作用基本忽略不計也感覺不到,但在天體運行中可以清楚的感覺到引力的存在以及帶來的影響
  • 4大基本作用力之一強相互作用力
    強相互作用力:強相互作用是作用於原子核內強子之間的力,是目前所知的四種宇宙間基本作用力最強的,也是作用距離最短的(大約在10-15~10-10米範圍內)。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。
  • 基本力和非基本力的作用
    粒子的相互作用除了強力之外,還存在弱力,強力和弱力在長程距離上失去了作用、或強力和弱力符合哲學短程論的「等效原理」,強力和弱力因此不參與天體的相互作用。天體物理學家在建構「暗物質理論」、或預測暗物質的存在和分布時僅考慮了引力的相互作用,沒有或缺少對天體電磁相互作用的考慮。
  • 為什麼時至今日,仍然沒有人能統一四大基本力?
    一直到科學家發現強作用力和弱作用力之前,人類認為只有引力和電磁力兩種力,於是科學家們嘗試兩種力之間存在的聯繫,即建立起統一理論。之後愛因斯坦做到了這一點,他提出的廣義相對論往電磁力中引入了場的理論,從而使得電磁力和引力統一了起來。在弱作用力和強作用力被發現之後,科學家們又在思考,是否能夠將四種基本力都統一起來呢?
  • 四大基本力:引力弱得離譜,弱相互作用力是太陽發光的關鍵
    自然界中總共有四種基本力,分別是:強相互作用力、弱相互作用力、電磁力和引力。對於我們來講,這些力都是非常重要的,正是有了這些基本力的存在,我們所處的宇宙才得以有條不紊的運行。今天我們就來科普一下方面的知識,由於很多人都對弱相互作用力不是很了解,因此本文著重以通俗易懂的方式來介紹弱相互作用力。弱得離譜的引力按照從強到弱的排列,它們的順序依次是:強相互作用力、電磁力、弱相互作用力、引力,與其他三種力相比,引力顯得非常的另類-它實在是太弱了。
  • 把物體撕開,涉及到四種相互作用力中的哪些?
    人類目前在自然界中發現了四種基本相互作用,分別是萬有引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用、強相互作用。宇宙中大小天體、粒子間,以及日常生活中的各種拉力、摩擦力都可以歸結為這四種基本相互作用中的其中一種。
  • 優雅的數學描述強相互作用力
    弦為強相互作用力提供了一種優雅的數學描述(強相互作用力是宇宙中的四種基本力之一,原子核正是依靠這種力結合在一起的。)在很長一段時間裡,這個話題都處於學界邊緣位置,一直到1984年的「弦理論革命」為止。解謎弦理論是人們為創造「萬物理論」所做的眾多嘗試之一。所謂的「萬物理論」能夠取代物理學標準模型,對所有已知粒子和作用力進行描述。許多科學家都是弦理論的擁躉,因為它極具數學美感。弦理論的等式十分「優雅」,對物理世界的描述也令許多人感到極為滿意。該理論利用一種特殊的、正在振動的弦來解釋引力,其性質與引力子性質相對應。
  • 四種作用力能夠統一嗎?怎樣統一?
    四種作用力能夠統一嗎?怎樣統一?文/袁玉剛 圖/來自網際網路截至目前,科學家們總共在宇宙中發現了4種基本作用力。萬有引力理論基礎不牢。科學家們一直致力於用數學方法統一四種作用力,先把弱核力與電磁力統一起來,又把強核力與電磁力統一在一起。但引力依然無法入群,孤獨地徘徊在大統一理論之外。
  • 大一統理論真的存在嗎?
    大一統理論,有可能明天就被發現,也可能永遠不會出現。我們先來看看大一統理論的基礎是什麼。大一統理論,事實上就是將宇宙中的四大基本力完全統一的理論。宇宙中的所有力,都可以分為——萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力。
  • 科學家為什麼說弦理論據稱是「唯一」能夠統一四種基本力的理論?
    由於弦理論據稱是「唯一」能夠統一四種基本力的理論,因此他們認為它必定是真理,即便它依賴於我們無法觀測到的額外維度。一些宇宙學家也開始放棄對用實驗驗證基本假設的堅持,這些研究領域包括多重宇宙(包含無數的宇宙)、量子現實的多重世界解釋(觀測行為會使得現實出現平行的分支)和宇宙大爆炸之前。
  • 四種基本作用力統治整個宇宙,而這種理論或將四種力融合在一起!
    但是科學家們認為,宇宙萬物,從亞原子粒子的瘋狂躍動到星系的瑰麗漩渦,應該由一套普世的物理定律解釋,由一個主方程描述,若我們能找出那個方程,宇宙在何時何地如何運行的奧秘終將揭曉。對於物理學家來說,這套合併廣義相對論和量子力學的理論就像聖杯,因為這套體系能帶來一套數學理論,可以描述所有規範宇宙的作用力。
  • 高中物理 第二十講 相互作用力
    在物理學中,這些下相互作用,抽象為一個概念:力。相互作用力,是宇宙存在的自然基本力,它的特點是:只要一個物體對另一個物體施加了力,受力物體反過來也肯定會給施力物體施加一個力,他們是相互的。現代物理學認為,自然界中存在的基本相互作用力有四種,它們是引力相互作用力(萬有引力)、磁力相互作用力(彈力、摩擦力)、強相互作用力(核力)和弱相互作用力(衰變),就部目前而言,大自然萬物基本都是由這四種自然力構建起來的 ,也就是我們用這四種力來認識世界。
  • 解讀大自然四種基本作用力:引力,電磁力,強力和弱力!
    電磁力3、強力一般指強相互作用力,強力,又稱為強核力,所有存在宇宙中的物體都是由原子構成,而原子核是由中子和質子組成。中子沒有電荷,而質子則帶正電荷;但需要牽引力把它們結合在一起,而強相互作用就是這種「牽引力」。最早認識到的質子、中子間的核力屬於強相互作用力,是質子、中子結合成原子核的作用力,後來進一步認識到強子是由夸克構成的,強相互作用力是夸克之間的相互作用力。強相互作用力最強,也是一種短程力,核子間的距離太大時,強力很快下降消失。
  • 四種作用力中最弱的引力,為何能坍縮出宇宙無敵的黑洞?
    黑洞是宇宙中最特殊的天體,因為它體積無限小,引力卻無限大,連光也無法逃脫。所以黑洞的事件視界內是一片漆黑。但我們可以通過它周圍明亮的吸積盤來間接確定它的存在,黑洞依靠的強大引力,為什麼卻說它是四大基本作用力中最弱的?四種基本力分別是引力、弱核力、強核力和電磁力。
  • 真的有三體中「水滴」的強互作用力材料嗎?
    最早認識到的質子、中子間的核力屬於強相互作用力,是質子、中子結合成原子核的作用力,後來進一步認識到強子是由夸克構成的,強相互作用力是夸克之間的相互作用力。強相互作用力是作用於強子之間的力,是所知四種宇宙間基本作用力(強相互作用力、弱相互作用力、電磁相互作用力、引力相互作用力)最強的,其作用範圍在10-15m範圍內。
  • 你了解自然界的四種基本力嗎?主宰宇宙中發生的一切
    儘管看上去花樣繁多,但我們日常經歷的所有力都可以歸結成四種基本力:引力、弱力、電磁力、以及強核力。這些便是自然界的四種基本作用力,宇宙中發生的一切都由它們主宰。這些現象之所以能夠發生,都是因為帶電粒子(或中性粒子)之間發生的相互作用。例如,一本書之所以能穩穩地放在桌面上、而不會在重力作用下透過桌面掉到地上,就是因為桌子原子中的電子會與書本原子中的電子相互排斥所致。強核力強核力又名強核相互作用,是自然界四種基本力中最強的一種,強度達引力的6×1039倍。
  • 宇宙的終極候選理論知之超弦理論
    超弦理論是怎麼來的,首先說說目前宇宙中存在四種基本力,及電磁力,強相互作用力,弱相互作用力和引力。電磁相互作用產生的力是通過交換虛光子產生的電荷之間的電磁力,由此誕生了量子電動力學。強相互作用是通過交換膠子產生的夸克相互作的色力,因為人們把夸克相互組合比喻成三原色,由此誕生了量子色動力學。弱相互作用力是主導核裂變和衰變的力,交換的是中間波色子W+,W—,Z0三種波色子,由此誕生了的量子色動力學。唯獨引力子沒有找到或者說它究竟是不是一種力?未被證實。因此,人們迫切尋找萬有理論。
  • 量子弦,優雅的宇宙大統一理論(第六稿)
    【量子根獨家解密物理學三大謎團,版權所有,轉載或引用該文觀點,不管做任何文字的改頭換面,須註明原創作者,否則視為侵權】大統一理論,稱為萬物之理。傳統看法,由於微觀粒子之間僅存在四種相互作用力,萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力。
  • 引力在極端情況下會變成強相互作用力嗎?
    不會的,引力和強相互作用力都是目前已知的四大基本自然力之一,它們在本質上是不一樣的,無論作用距離如何縮短,都無法改變它們的性質。如果引力和強相互作用力是一個東西,那它們各自就不會成為基本力。引力被認為是最弱的基本力,強相互作用力被認為是最強的基本力,這是有前提條件的,那就是在飛米尺度下,即10^-15米,強相互作用力的強度是引力的10^39倍。引力在亞原子粒子尺度下當然也是存在的,因為根據廣義相對論,任何微小的物質或者任何形式的能量都存在能動張量,這就會導致時空結構發生變化,從而產生引力作用。
  • 4大基本作用力之弱相互作用力
    弱相互作用力:最早觀察到原子核的β衰變是弱相互作用引起的一種現象,凡是涉及中微子的反應都是弱相互作用過程。十九世紀末,物理學家發現,有的原子核能夠自發地放出射線。後來發現,在放射現象中起作用的還有另外一種基本作用,即弱相互作用。