力到底是什麼?
如今對我們來說,「力」這個概念似乎是很自然存在的,好像它就像是桌上的紙和筆一樣實在。但是你想過沒有,你看到過「力」嗎?或者說,你摸得到力嗎?
實際上,各種力是在牛頓時代所奠定的,牛頓在他的著作《自然哲學的數學原理》當中,定義了重力,向心力等等力學概念。
而他在論述這些力學概念時,如果你有仔細研讀過這本書,就會發現,他其實都用到了實驗和測量的方式。換句話說,他並不是直接看到了這些力,而是一些工具測量到了。
所以,發現沒有?牛頓其實是基於「現象」來定義「力」的。這就會有一個問題,你定義這個叫做「力」,別人也可以取個名字,比如就叫做:作用。你別覺得這是在胡扯,實際上這樣的事情在科學史上真的發生過好幾回。
真的存在萬有引力嗎?
就拿萬有引力來說,對於牛頓來說,他先假設了絕對的空間和絕對的時間,具體來說就是時間是均勻流逝的,空間的尺度對於每個人都是一樣的,並且他還認為時間和空間相互獨立的。
在這樣的前提假設下,他認為存在一種力叫做引力,引力是一種超距作用,可以完成瞬間地傳遞。當然這裡並沒有涉及到任何和介質有關事情。
但同樣是看到「地球繞著太陽轉」的現象,也就是說引力現象。愛因斯坦認為時間和空間並不是絕對的,而且它們還應該合起來對待,並稱為時空。當然,這個假設並不是亂給出的。實際上,愛因斯坦是基於兩條基本假設推導出的這個結果。
在這樣的基礎之上,愛因斯坦則認為並不存在「引力」,而引力現象的本質其實是時空的扭曲。比如,地球壓彎了周圍的時空,月球其實是沿著時空的測地線在運動,補充一點,這裡的測地線其實類似於平面上的「直線」。
所以,你看同樣的一個現象,其實不同的物理學家有不同的解決方案。那到底最後以誰為準呢?
這時候就要比拼一下誰的理論更接近現實,或者說誰的理論更準。目前來看,愛因斯坦的廣義相對論要比牛頓的萬有引力定律更精準一些。
所以,「萬有引力」又是不存在的。當然,我們不保準,未來又有哪位大神跳出來搞出一套更厲害的理論。
用「作用」取代「力」
到了上世紀50年代左右,「力」的概念再次被顛覆了。
科學家發現,按照牛頓的理論,力可以改變物體的狀態。但是他們發現了新的物理學現象,在微觀世界中,就出現了「力」改變了粒子的種類。比如:衰變現象,中子衰變成質子,電子,中微子。
這是不符合牛頓對於「力」的定義的,換句話說,「力」的概念已經不太夠用了。後來,科學家利用加速器發現了大量的粒子,數下來大概有100多多種。
除此之外,科學家還發現了在宇宙中存在著四種基本作用,分別是強相互作用,弱相互作用,電磁相互作用,引力。
其中強相互作用和弱相互作用實際上是在原子核層面的「力」,引力是描述兩個物體之間的吸引力,由廣義相對論進行了詮釋。電磁力則是我們日常生活最常見的,應該說是除了引力,我們日常接觸的都是電磁力。比如:摩擦力,支持力等等本質上都是電磁力。
而且科學家還發現,物體之間的作用其實是通過「場」來實現的。比如,最常見的「場」其實就是磁場。
於是,科學家用「作用」替代了「力」,基於「粒子」、「作用」、「場」這三個物理學概念構建了一套的全新的理論,這套理論被我們稱為粒子物理標準模型。
把四大作用力中的三個,以及粒子,還有場統一了起來。
可能你要問了,那到底什麼是「場」,實際上,「場」是空間的一種屬性。所以它和「介質」完全就是兩碼事了。
所以,在物理學中,力的傳播,用如今的物理學理論來看,實際上是用「作用」替代了「力」,而傳遞作用的是「場」。