為什麼宇宙會有四種基本力?它們能夠統一嗎?未來之路很艱辛

2020-12-18 探索宇宙說

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138億年前,一個神秘的奇點發生了大爆炸,大爆炸瞬間產生的超級能量轉化為基礎的粒子,又很快演化為氫,氦,鋰等基本元素。

這些基本元素隨著宇宙的不斷膨脹,又開始進行各種演化,形成了恆星,行星,星等各種天體和宇宙結構。同時還有各種宇宙法則形成。有了行星之後,一小部分小行星演化出了完美的生態系統,於是生命誕生了。

生命又經過不斷的進化演化,最後誕生了智慧生命,並一步步發展為智慧文明。這一切是如此的不可思議,那麼宇宙誕生以來的這一切演化是如何進行的?它們的背後到底是誰在操控這一切?

在人類沒有走進科技時代之前,人們對於科學基本一無所知,那個時候對於自然界的一切現象,對這個世界的形成,人們將其歸於神創。古人認為是神創造了這個宇宙,創造了宇宙的一切,制定了宇宙的各種法則。

可是當人類走進科技時代之後,我們有了科學的力量,才能夠初步窺探到大自然背後的一些真相。自然界的風雨雷地,四季變換,人們在快速前進過程中產生的阻力,產生的發熱現象等等,這一切都可以用科學來解釋。

大自然中的一切都逃脫不了科學的範疇,它們的背後並沒有神,而是科學背後的法則來主導著這一切。而科學的核心也是各種法則,也就是我們通常所說的四種基本力。它們分別是引力、電磁力、強核力和弱核力。

大自然的一切現象和規則都是由這四種基本力來主導進行的,而宇宙中的一切演化其實也是由這四種基本力來進行。可以說我們研究探索科學,其實就是在研究這四種力,曾經有科學家稱科學的終點是神學,其實這種說法某種程度上也是正確的。

當我們完全掌握了四種基本力之後,大自然中的一切就由我們來掌握,宇宙中的一切奧秘也就不再神秘,通過四種基本力,我們可以操控宇宙的一切,那個時候人類就是宇宙之神。

在四種基本力中,引力是我們最為熟悉的,人類走進科技時代之後,科學家最先探索研究出來的也是引力。牛頓的萬有引力定律就是對引力的一個基本說明。我們生存在地球上,能夠自由行走而不是漂浮在空中,就是因為地球引力的作用將我們牢牢與地球大地綁定在一丐。

引力跟物體的質量有關,質量越大,引力越大。太陽系八大行星之所以能夠保持穩定,能夠穩定運行在太陽周圍,就是因為太陽的質量佔到了整個太陽系質量的99.86%,從而產生了一個對太陽系而言,絕對佔據主導地位的強大引力。

電磁力是繼引力之後,科學家第二個探索研究發現的自然之力,它是現代人類生活中一切便利的源頭。我們現在的大部分電子產品,包括電,光,計算機,電視,手機,網絡等等都是電磁力的相關應用。

而在自然界中的電閃雷鳴,雷暴天氣等這些讓我們感到恐懼的自然力量,同樣是由電磁力主導的。而決定電磁力強弱的是粒子的電荷,電荷越多越強,那麼電磁力就會越強,這一點跟質量決定引力強弱非常相似。

除了以上的引力和電磁力我們比較熟悉,並且已經得到了廣泛的應用之外。強核力和弱核力這兩種基本力,人類了解得就比較少了,這兩種力是微觀世界探索的重要渠道,它們是作用在原子核中的力。

我們都知道,在我們眼裡的宏觀世界背後還站著一個微觀世界,而微觀世界的神秘和強大遠遠超出我們的想像。微觀量子力學世界中,有很多的現象是顛覆宏觀理論的,雖然微觀世界非常神秘複雜,但是它們仍然沒有逃脫科學的範圍,沒有逃出四種基本力的範圍。

強核力和弱核力是探索微觀世界原子層面的重要保障,科學家在研究過程中發現,粒子一旦超過亞原子尺度之外,這兩種力就會完全失去作用。所以,探索研究這兩種力,我們只能在微觀世界中進行,這也是它們相較力引力和電磁力發現較晚並且研究更困難的原因。

強核力通過膠子將夸克束縛在質子和中子內部,又將質子和中子緊緊「捆」在一起填充進原子核。弱核力貌似要簡單一些,目前科學家發現它僅是支配著某些形式的放射性衰變。

引力各電磁力我們可以從宏觀方面進行研究探索,更容易找到突破點,並將它們應用在人類文明的科技發展事業上。而一旦走進微觀量子世界,我們想要探索就非常困難了,所以強核力和弱核力,人類還只是處於初級的探索階段。

可能有人會說了,強核力和弱核力是微觀層面的兩種力,那們它們的威力應該是小於引力和電磁力的,事實真的如此嗎?如果你這麼認為,那就大錯特錯了。

事實上四種基本力中,引力是最弱的,其次是電磁力,而強核力和弱核力遠遠強於它們。在相同的實驗條件之下,強核力比弱核力強10萬倍、強核力比電磁力強100倍、電磁力比引力強100億億億億億倍(10^42倍)。

正是由於強核力和弱核力的能量級別如此強大,所以科學家一直在積極研究這兩種力,期望能夠讓它們成為人類發展的強大助力。要知道,人類文明能否升級,成為更高級的文明,主要還是能源科技是否能夠發展質變。

而能源科技想要實現重大突破, 我們就需要探索研究出更強大的能量。強核力和弱核力無疑是人類期望能夠得到的力量,可惜想要探索這兩種力的奧秘並沒有我們想像的那麼簡單。

除了探索研究四種基本力的奧秘之外,科學家更期望的是能夠將這四種力進行統一,形成一個統一的理論指導和公式。人類最早發現研究的是引力,然後是電磁力,而這兩種力直到目前,科學家也沒有完成統一。

如果我們能夠將這兩種力完成統一,形成一個統一的理論,那麼人類文明就能夠實現一次巨大的飛躍,科技也將迎來翻天覆地的變化。這還只是兩種力的統一,如果人類實現了四種力的統一,形成了一個統一的理論來管理四種力,那人類文明會強大到何種程度是我們無法想像的。

前面我們說過,宇宙是由四種基本力來主導的,四種力的作用下,宇宙完成了一系列的演化,有了現在浩瀚神秘的宇宙世界。我們感覺宇宙複雜而神秘,那是因為我們還沒有完成四種力的統一,如果將它們統一了,宇宙在人類面前可能也就沒有了秘密,那個時候整個宇宙有可能就是人類的後花園。

由此可見,四種基本力的統一對於人類的意義有多麼的巨大,既然這麼重要,說明要統一這四種力的難度遠超我們的想像。上個世紀偉大的科學家愛因斯坦在生命的最後30年,一直在試圖找到統一四種基本力的方法,可惜最終也未能成功。

進入了21世紀,科學家同樣在積極探索四種基本力,一步步想要找到統一它們的方法。統一四大基本力會成為21世紀科學家面臨的最重要挑戰,這種挑戰能夠成功嗎?

其實成功的可能性非常小,21世紀人類能夠將四種力的研究更上一層樓已經是非常了不起的成就。尤其是在強核力和弱核力的研究探索上更是需要一個質的突破。而統一四種基本力這樣的偉大目標,對於人類來說還太遙遠,它不僅需要我們付出更多的努力,而且還需要時間的沉澱,科學的沉澱。

只要時間積累到一定程度,人類的科學沉澱到一隻程度,我們才有希望真正統一四種基本力,而那個時候,人類就是宇宙的高級文明,而目前我們還只是處於0.7級,連一級文明都算不上。

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    我先說說四種基本力的基本特徵自然界中存在著四種最基本的力,分別是引力、弱核力、電磁力和強核力。這四種力囊括了自然界中幾乎所有的力學現象。但是在目前,至少有兩種力學現象是無法用四種基本力來解釋的:即電子族粒子和中微子的內部結構。不明白?我們都知道無論是萬有引力定律還是庫倫定律,與力有關的兩個自變量分別是距離和荷,但小編有個問題想不通透:距離本非質點的固有屬性,無需考慮;荷屬於質點自有屬性,為啥在考慮弱、強核力形式時不從其身入手?
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  • 宇宙中的四種基本力,在自然界中到底起什麼作用?
    在過去的兩千年以來,科學家們逐步發現宇宙中的所有現象都可以劃歸為四種基本力。這四種基本力量從一開始就不同,但本質上是不可缺少的,它們是電磁力、強核力、弱核力和重力。下面簡要介紹這四種基本力量在自然界中的作用。電磁力:自然界中的電磁力有多種形式,包括電、磁和光。
  • 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。引力自從那一坨蘋果砸在牛頓大佬頭上之後,引力相互作用出現在人們眼前,然後基礎相互作用成為了物理學的核心研究課題。
  • 啥叫四種基本力,質子帶正電本來相斥,為啥卻粘在一起?
    先簡單說說四種基本力。自從牛頓發現了萬有引力定律,隨著科學研究的深入,發現這個世界的一切不外乎受四種力的約束,即萬有引力、電磁作用力、強力、弱力。這樣,每個原子理論上說,帶負電的電子與原子核就一直有相互吸引到一起的趨勢。至於它們為什麼沒有吸在一起,而且還有一個很大的空間,有解釋是由於電子的能量動量,才讓原子運動形成一個平衡,才讓原子呈現穩定的中性。現代量子力學不確定性原理對這種解釋並不認同,我們這裡不展開說。但原子核中的質子帶正電,具有相互排斥的庫侖力是沒有異議的。那麼是什麼力讓它們束縛在一起呢?
  • 誰統一了兩種基本力?
    在自然界中,已知的四種基本力分別是:電磁力、弱力、強力和引力無論是蘋果落地,還是吸附在冰箱上的磁鐵,都是它們在發揮著作用。相比而言,弱力和強力也許沒有那麼為人熟知,這兩種力都是短程力,不像電磁力和引力有無限大的作用範圍。弱力支配了粒子的衰變,在太陽的核聚變反應中扮演著重要的角色;強力則將構成質子的夸克緊緊地束縛在一起。
  • 統一四大基本力將會在物理學史上擁有怎樣的地位?
    宇宙中的所有力都可以規劃為:引力、弱力、強力和電磁力,對於我們地球來說,這四種力是非常重要的,正是它們的存在,我們所處的宇宙才能有條不紊的運行,它們共同支配著我們的宇宙中所有的一切。弱力是造成β衰變一類的衰變的力,由希格斯粒子(W+、W-、Z0)傳遞,比較較弱,短程力,作用在夸克級的粒子,在四種力中為第三強。
  • 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?
  • 揭秘宇宙最強之力:五大宇宙力量,誰才是主宰?
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    物理學家熱愛統一我們都知道,牛頓和愛因斯坦是物理學史上最頂級的物理學家。我們會發現,最頂級的幾位物理學家都完成了物理學的部分「統一大業」,比如:牛頓提出了萬有引力定律和牛頓三定律,讓我們知道物理學定律是具有普適性的,宇宙中的和地球上的都是一致的。
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    理論上宇宙間所有現象都可以用這四種作用力來解釋。為了統一這四種力,愛因斯坦耗費了後半生的精力沒有成功。在他之後,經過無數科學家的持之不竭,尤其是楊-米斯規範場,以及此後經過科學家們不斷完善的基本粒子標準模型,成功的統一了其中的三種力。但引力,始終是個問題小孩,沒有人能把它和其他三種力統一起來。
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