四種基本相互作用力

1、四種基本相互作用力：1，萬有引力萬有引力定律：自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個物體的質(zhì)量乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比。計算公式兩個可看作質(zhì)點的物體之間的萬有引力1可以用以下公式計算：=即萬有引力等于引力常量乘以兩物體質(zhì)量的乘積除以它們距離的平方。其中代表引力常量，其值約為的負(fù)次方單位。為英國物理學(xué)家、化學(xué)家亨利卡文迪許通過扭秤實驗測得。萬有引力的推導(dǎo)：若將行星的軌道近似的看成圓形，從開普勒第二定律可得行星運動的角速度是一定的，即：周期如果行星的質(zhì)量是，離太陽的距離是，周期是，那么由運動方程式可得，行星受到的力的作用大小為（,另外，由開普勒第三定律可得常數(shù)那么沿太

2、陽方向的力為（）=）由作用力和反作用力的關(guān)系可知，太陽也受到以上相同大小的力。從太陽的角度看，（太陽的質(zhì)量）（）（）是太陽受到沿行星方向的力。因為是相同大小的力，由這兩個式子比較可知，包含了太陽的質(zhì)量，包含了行星的質(zhì)量。由此可知，這兩個力與兩個天體質(zhì)量的乘積成正比，它稱為萬有引力。如果引入一個新的常數(shù)（稱萬有引力常數(shù)），再考慮太陽和行星的質(zhì)量，以及先前得出的，那么可以表示為萬有引力兩個通常物體之間的萬有引力極其微小，我們察覺不到它，可以不予考慮。比如，兩個質(zhì)量都是60千克的人，相距0.米5，他們之間的萬有引力還不足百萬分之一牛頓，而一只螞蟻拖動細(xì)草梗的力竟是這個引力的100倍0！但是，天體系統(tǒng)

3、中，由于天體的質(zhì)量很大，萬有引力就起著決定性的作用。在天體中質(zhì)量還算很小的地球，對其他的物體的萬有引力已經(jīng)具有巨大的影響，它把人類、大氣和所有地面物體束縛在地球上，它使月球和人造地球衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)而不離去。重力，就是由于地面附近的物體受到地球的萬有引力而產(chǎn)生的。但是需要注意的是，因為地球在自轉(zhuǎn)，除了在南極北極端點，在地球上任意一點的物體，其重力并不等于萬有引力。此時可看作繞地球的向心力和重力合成萬有引力。由于繞地球自轉(zhuǎn)的向心力遠(yuǎn)小于重力，故一般就認(rèn)為重力就略等于萬有引力了，其實重力是略小于萬有引力的，只有在南北極物體繞地球自轉(zhuǎn)的向心力為零時，重力才等于萬有引力。任意兩個物體或兩個粒子間的與其質(zhì)

4、量乘積相關(guān)的吸引力。自然界中最普遍的力。簡稱引力。在粒子物理學(xué)中則稱引力相互作用和強(qiáng)力、弱力、電磁力合稱4種基本相互作用。引力是其中最弱的一種，兩個質(zhì)子間的萬有引力只有它們間的電磁力的1103，5質(zhì)子受地球的引力也只有它在一個不強(qiáng)的電場100伏0米的電磁力的110。10因此研究粒子間的作用或粒子在電子顯微鏡和加速器中運動時，都不考慮萬有引力的作用。一般物體之間的引力也是很小的，例如兩個直徑為1米的鐵球，緊靠在一起時，引力也只有牛頓，相當(dāng)于克的一小滴水的重量。但地球的質(zhì)量很大，這兩個鐵球分別受到牛頓的地球引力。所以研究物體在地球引力場中的運動時，通常都不考慮周圍其他物體的引力。天體如太陽和地球的

5、質(zhì)量都很大，乘積就更大，巨大的引力就能使龐然大物繞太陽轉(zhuǎn)動。引力就成了支配天體運動的唯一的一種力。恒星的形成，在高溫狀態(tài)下不彌散反而逐漸收縮，最后坍縮為白矮星、中子星和黑洞，也都是由于引力的作用，因此引力也是促使天體演化的重要因素。萬有引力的偉大意義1世7紀(jì)早期，人們已經(jīng)能夠區(qū)分很多力，比如摩擦力、重力、空氣阻力、電力和人力等。牛頓首次將這些看似不同的力準(zhǔn)確地歸結(jié)到萬有引力概念里：蘋果落地，人有體重，月亮圍繞地球轉(zhuǎn)，所有這些現(xiàn)象都是由相同原因引起的。牛頓的萬有引力定律簡單易懂，涵蓋面廣。牛頓的萬有引力概念是所有科學(xué)中最實用的概念之一。牛頓認(rèn)為萬有引力是所有物質(zhì)的基本特征，這成為大部分物理科學(xué)的

6、理論基石。萬有引力的發(fā)現(xiàn)過程在談?wù)撊f有引力發(fā)現(xiàn)的事件時，對于當(dāng)時天文學(xué)及力學(xué)的發(fā)展情形也得有一些說明，才能了解當(dāng)時代科學(xué)的背景，以及它是如何影響刺激牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力。萬有引力被發(fā)現(xiàn)的原因牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力的原因很多，主要因為一下幾點。1，科學(xué)發(fā)展的要求：牛頓之前，有很多天文學(xué)家在對宇宙中的星星進(jìn)行觀察。經(jīng)過幾位天文學(xué)家的觀察記錄，到開普勒時，他對這些觀測結(jié)果進(jìn)行了分析總結(jié)，得到開普勒三定律：1所.有行星都繞太陽做橢圓運行，太陽在所有橢圓的公共焦點上。2行.星的向徑在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。的.所有行星軌道半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。開普勒三定律是不容置疑的，但為什么會這樣呢

7、？是什么讓它們做加速度不為零的運動？牛頓經(jīng)過研究思考解決了這個問題：物體之間存在萬有引力。當(dāng)然他發(fā)現(xiàn)萬有引力定量是一個漫長而曲折的過程。2，個人原因：牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，雖然是科學(xué)發(fā)展的要求，生產(chǎn)力發(fā)展的原因，但我們不能忽略牛頓本人的一些因素：聰明勤于思考擁有一定的知識量。據(jù)物理學(xué)史說：牛頓在發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的那一段時間，廢寢忘食（每天魂不守舍，在食堂吃飯，飯碗在前，他在發(fā)呆。去食堂吃飯，卻走錯了方向。一些老師在校園后的沙灘上散步時，看見了一些古怪的算式和符號）。16年6，9他年僅27歲，就擔(dān)任了劍橋的數(shù)學(xué)教授沒有知識哪能行啊?還有167年2當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員英國皇家學(xué)會不是一般人能進(jìn)去

8、的，那是科學(xué)研究中心，里面的都是一流的科學(xué)家。萬有引力是怎樣被發(fā)現(xiàn)的16年66，2歲3的牛頓還是劍橋大學(xué)圣三一學(xué)院三年級的學(xué)生看。到他白皙的皮膚和金色的長發(fā)，很多人以為他還是個孩子。他身體瘦小，沉默寡言，性格嚴(yán)肅，這是人們更加相信他還是個孩子。他那雙銳利的眼睛和整天寫滿怒氣的表情更是拒人于千里之外。黑死病席卷了倫敦，奪走了很多人的生命，那確實是段可怕的日子。大學(xué)被迫關(guān)閉，像艾薩克牛頓這樣熱衷于學(xué)術(shù)的人只好返回安全的鄉(xiāng)村，期待著席卷城市的病魔早日離去。在鄉(xiāng)村的日子里，牛頓一直被這樣的問題困惑：是什么力量驅(qū)使月球圍繞地球轉(zhuǎn)，地球圍繞太陽轉(zhuǎn)？為什么月球不會掉落到地球上？為什么地球不會掉落到太陽上？在

9、隨后的幾年里，牛頓聲稱這種事情已經(jīng)發(fā)生過。坐在姐姐的果園里，牛頓聽到熟悉的聲音，“咚”的一聲，一只蘋果落到草地上。他急忙轉(zhuǎn)頭觀察第二只蘋果落地。第二只蘋果從外伸的樹枝上落下，在地上反彈了一下，靜靜地躺在草地上。這只蘋果肯定不是牛頓見到的第一只落地的蘋果，當(dāng)然第二只和第一只沒有什么差別。蘋果落地雖沒有給牛頓提供答案，但卻激發(fā)這位年輕的科學(xué)家思考一個新問題：蘋果會落地，而月球卻不會掉落到地球上，蘋果和月亮之間存在什么不同呢？第二天早晨，天氣晴朗，牛頓看見小外甥正在玩小球。他手上拴著一條皮筋，皮筋的另一端系著小球。他先慢慢地?fù)u擺小球，然后越來越快，最后小球就徑直拋出。牛頓猛地意識到月球和小球的運動極

10、為相像。兩種力量作用于小球，這兩種力量是向外的推動力和皮筋的拉力。同樣，也有兩種力量作用于月球，即月球運行的推動力和重力的拉力。正是在重力作用下，蘋果才會落地。牛頓首次認(rèn)為，重力不僅僅是行星和恒星之間的作用力，有可能是普遍存在的吸引力。他深信煉金術(shù)，認(rèn)為物質(zhì)之間相互吸引，這使他斷言，相互吸引力不但適用于碩大的天體之間，而且適用于各種體積的物體之間。蘋果落地、雨滴降落和行星沿著軌道圍繞太陽運行都是重力作用的結(jié)果。人們普遍認(rèn)為，適用于地球的自然定律與太空中的定律大相徑庭。牛頓的萬有引力定律沉重打擊了這一觀點，它告訴人們，支配自然和宇宙的法則是很簡單的。牛頓推動了引力定律的發(fā)展，指出萬有引力不僅僅是

11、星體的特征，也是所有物體的特征。作為所有最重要的科學(xué)定律之一，萬有引力定律及其數(shù)學(xué)公式已成為整個物理學(xué)的基石。圖1卡文迪許實驗示意圖當(dāng)然，當(dāng)時牛頓提出了萬有引力理論，卻未能得出萬有引力的公式，因為公式中的“實在太小了，因此他提出：-r直到年英國物理學(xué)家卡文迪許利用著名的卡文迪許扭秤（即卡文迪許實驗）較精確地測出了引力恒量的數(shù)值。萬有引力的簡單涵義牛頓并不是發(fā)現(xiàn)了重力，他是發(fā)現(xiàn)重力是萬有的。每個物體都會吸引其他物體，而這股引力的大小只跟物體的質(zhì)量與物體間的距離有關(guān)。牛頓的萬有引力定律說明，每一個物體都吸引著其他每一個物體，而兩個物體間的引力大小，正比于這它們的質(zhì)量，會隨著兩物體中心連線距離的平方

12、而遞減。牛頓為了證明只有球形體可把球的總質(zhì)量集中到球的質(zhì)心點來代表整個球的萬有引力作用的總效果而發(fā)展了微積分。然而不管距離地球多遠(yuǎn)，地球的重力永遠(yuǎn)不會變成零，即使你被帶到宇宙的邊緣，地球的重力還是會作用到你身上，雖然地球重力的作用可能會被你附近質(zhì)量巨大的物體所掩蓋，但它還是存在。不管是多小還是多遠(yuǎn)，每一個物體都會受到引力作用，而且遍布整個太空，正如我們所說的萬有。量子力學(xué)的解釋我們知道，由光子是物質(zhì)的基本粒子來看，物質(zhì)的構(gòu)成本身沒有意義，如果物質(zhì)不能夠與環(huán)境中的其它光子信息相互作用，它就不能將自己的能量、存在形式、表達(dá)給自然界，自己就是以純暗物質(zhì)的形式存在，盡管自己的壽命表現(xiàn)為無限長久，但是對

13、環(huán)境、對自己沒有意義，只有它不斷與環(huán)境的其它光子信息相互作用光子能量，才能將自己的能量、質(zhì)量表現(xiàn)出來，自己的光子信息才能變化，自己才能由生長到死亡，才能有自己存在的意義；這就是說任何物質(zhì)，只要它存在，它就會不斷地與環(huán)境中的其它光子信息相互作用，這樣，物質(zhì)的存在，各種作用力的存在，事實上，是通過自己周圍的光子信息場完成的。存在物質(zhì)，是物質(zhì)不斷與環(huán)境作用光子信息能量,而表現(xiàn)自己的質(zhì)量，當(dāng)物質(zhì)存在的時候，由于也要不斷與環(huán)境的光子信息相互作用，這就不同程度地影響了周圍的光子信息內(nèi)容，從宏觀的角度來看，是擋住了來自周圍的光子信息，改變了周圍的光子信息場，從大的方面來看，是來自于左方的光子信息能量要多一些

14、，來自于的右方光子信息能量要少一些，宏觀表現(xiàn)為對有一個作用力，這個作用力，是所有物質(zhì)共有的，稱為萬有引力。也可以說成是，由于的存在，導(dǎo)致了周圍的光子信息力場的形狀發(fā)生了變化，這個力場的形狀發(fā)生了變化，本來沒有的時候，物體是一種平衡狀態(tài)，有了以后，光子信息的力場發(fā)生了變化，物體的作用力，由于平衡變成了不平衡，人們自然會說，這是物體存在的結(jié)果，是物體對的作用力。四種基本相互作用力的完全統(tǒng)一理論的解釋：萬有引力、電磁力、強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力這四種作用力是統(tǒng)一的，它們都是由一種基本粒子的振動波來傳遞的，只是波的形式不同。任一質(zhì)點（物質(zhì)）都使與其碰撞的這種基本粒子徑向振動的動量減少（波長拉長）并向

15、外傳遞形成（萬有）引力場；電子（電荷）使與其碰撞的這種基本粒子徑向振動的橫向上增加動量并向外傳遞形成靜電場；運動的電荷（電流）使與其碰撞的這種基本粒子在原徑向振動狀態(tài)上增加了兩個垂直其徑向方向的動量并向外傳遞形成電磁場；強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力是這種基本粒子徑向振動對粒子產(chǎn)生的壓力與電磁力、引力的共同作用。任意兩質(zhì)點（由基本粒子構(gòu)成的物質(zhì)）在各方向上都受到力基子的碰撞，碰撞的頻率非常高，因質(zhì)點的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于力基子的質(zhì)量，其中有一些力基子在非常短的時間內(nèi)會被擠帖在質(zhì)點上（可以又被擠掉重新受到力基子的碰撞獲得動量），于是質(zhì)點周圍的力基子波的波長被拉長，碰撞頻率降低，壓力降低。在質(zhì)點外側(cè)兩質(zhì)點距離

16、以外的地方，力基子波的頻率大于內(nèi)側(cè)頻率，所以內(nèi)側(cè)壓力小于外側(cè)壓力，表現(xiàn)兩質(zhì)點相互吸引，即萬有引力。引力的大小與兩質(zhì)點的質(zhì)量之積成正比與其之間距離的平方成反比（力基子波在兩質(zhì)點之間連線上碰撞傳遞時，每一次傳遞都受到系統(tǒng)能量的恢復(fù)使波長逐漸增加，可通過積分計算出與其之間距離的平方成反比）力基子之間不吸引，原因為它是最小的、質(zhì)量相等的基本粒子，只能通過相互碰撞運動傳遞能量（力），不吸收能量，除非把它壓成一個更大的結(jié)構(gòu)粒子。質(zhì)量大的物體“吸收”力基子波的能量大，它周圍的壓力比質(zhì)量小的物體周圍壓力更低，所以一大一小兩物體在引力的作用下，小質(zhì)量物體比大質(zhì)量物體相向運動速度快，符合公式相對論的解釋其實引力是

17、不存在的。或者說引力只是這種現(xiàn)象的一種解釋而已。它不同于其他力?！耙Α逼鋵嵤菚r空扭曲的表現(xiàn)，舉一個二維的例子：一張繃直的橡皮筋網(wǎng)1放.上兩個質(zhì)量不一，體積相同的球，網(wǎng)扭曲了2在.1的基礎(chǔ)上，讓一個球在橡皮筋網(wǎng)上作勻速直線運動，直線與（同一個）球的位置距離越近，軌跡彎區(qū)越大3在.2的基礎(chǔ)上，讓一個球在橡皮筋網(wǎng)上作勻速直線運動接近兩個質(zhì)量不等的球，直線與兩個球的距離相同，經(jīng)過質(zhì)量大的球，軌跡彎區(qū)大2跟3說明的現(xiàn)象與引力相似，而且也有質(zhì)量越大、距離越小，引力越大物體由于慣性沿直線運動，但在扭曲的空間運動，表現(xiàn)出來就是受到引力影響事實上，引力扭曲的是四維時空。還有一個例子：光經(jīng)過大質(zhì)量天體時會扭曲，

18、但引力不能作用于光，所以解釋就是光沿直線傳播，在扭曲的時空中運動，就會扭曲。但光還是沿直線傳播事實上，萬有引力并不是一種真實的力，而是時空彎曲的表現(xiàn).萬有引力定律（i物體間相互作用的一條定律，年為牛頓所發(fā)現(xiàn)。任何物體之間都有相互吸引力，這個力的大小與各個物體的質(zhì)量成正比例，而與它們之間的距離的平方成反比。如果用1表示兩個物體的質(zhì)量，表示它們間的距離，則物體間相互吸引力為（），稱為萬有引力常數(shù)。萬有引力定律是牛頓在16年8出為版的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理一書中首先提出的。牛頓利用萬有引力定律不僅說明了行星運動規(guī)律，而且還指出木星、土星的衛(wèi)星圍繞行星也有同樣的運動規(guī)律。他認(rèn)為月球除了受到地球的引力外，還

19、受到太陽的引力，從而解釋了月球運動中早已發(fā)現(xiàn)的二均差、出差等。另外，他還解釋了彗星的運動軌道和地球上的潮汐現(xiàn)象。根據(jù)萬有引力定律成功地預(yù)言并發(fā)現(xiàn)了海王星。萬有引力定律出現(xiàn)后，才正式把研究天體的運動建立在力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，從而創(chuàng)立了天體力學(xué)。簡單的說,質(zhì)量越大的東西產(chǎn)生的引力越大,地球的質(zhì)量產(chǎn)生的引力足夠把地球上的東西全部抓牢。，電磁相互作用力：電磁相互作用力是帶電荷粒子或具有磁矩粒子通過電磁場傳遞著相互之間的作用，是自然界中四種作用力之一。3，弱相互作用力弱相互作用力-名詞解釋弱相互作用力也叫弱作用力。是自然界中四種作用力之一。弱相互作用力內(nèi)容介紹1，弱力是如何表現(xiàn)出來的？弱力屬于微觀力。在微

20、觀粒子世界中，粒子之間的相互作用是通過碰撞而實現(xiàn)的。由于作用強(qiáng)度的不同表現(xiàn)為弱、電、強(qiáng)作用力。對于弱相互作用力來說，表現(xiàn)為中子的衰變。即：中子衰變成質(zhì)子、電子與電子中微子。在費曼圖中表現(xiàn)為：中子與電子中微子發(fā)生碰撞，在碰撞過程中發(fā)生了力的作用，這種力就是弱相互作用力。碰撞后的中子改變方向，其固有能量與動量都發(fā)生改變，變成了質(zhì)子（準(zhǔn)確的說是：碰撞后中子改變運動方向，與觀測時空成角，被觀測成了質(zhì)子）。同樣，電子中微子也改變方向，固有能量與動量也發(fā)生改變，變成了電子（準(zhǔn)確的來說是：碰撞后電子中微子改變運動方向，與觀測時空成角，被觀測成了電子）。2，粒子之間是如何通過弱力作用的？參與碰撞的粒子稱為費米子，其自旋為半整數(shù)。由于兩粒子間的碰撞是間隔一定距離的，這種碰撞并不是超距作用，而是要通過媒介粒子來傳遞，這個起傳遞作用的粒子就象是一個“媒婆”，被稱為玻色子，其自旋為整數(shù)。傳遞力的作用的粒子以虛態(tài)存在。對于弱相互作用來說該粒子為、光子（光子的運動速度為光速，由于其運動速度的下降，被觀測成了低速運動的、粒子）。3，弱電是如何統(tǒng)一的？在量子力學(xué)中，粒子從初態(tài)到末態(tài)的躍遷，涉及到粒子的湮滅與產(chǎn)生?？梢越频挠觅M米公式和量子場論的相應(yīng)公式進(jìn)行計算。計算中，4個費米子（中子、質(zhì)子、電子、電子中微子）通過