宇宙力量(十大力量体系)「建议收藏」

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基本粒子及其相互作用，来源:当代物理学教育工程/美国能源部/国家科学基金会/劳伦斯伯克利国家实验室，发表于cpepweb。

当我们讨论自然的基本规律时，我们可以把一切分解成四种力，这四种力是宇宙万物的核心:

强核力:将原子核与独立的质子和中子结合在一起的力。

电磁力:这种力吸引或排斥带电粒子，可以将原子束缚在一起，形成分子和生命的基础，也可以产生电流等。

弱核力:导致部分放射性衰变的力，也是导致不稳定重离子和较轻粒子的力。

引力:将地球、太阳系、恒星甚至整个星系束缚在一起的力量。

宇宙中从左到右有四种基本力:引力、电磁力、弱核力和强核力。

来源:维基百科(维基共享)

看事物的角度不同，在特定的维度和环境下，每一种基本力量都可能优于其他力量。

原子核维度中的氦原子

来源:维基百科(维基共享)

在最小的尺度上——10-16m，比一个原子小一百万倍——强核力的存在比其他任何力都多。以氦核为例:两个质子和两个中子以稳定的结构束缚在一起，即使质子之间的电磁斥力也无法克服像胶水一样强的强核力。即使去掉一个中子，只有两个质子和一个中子的氦同位素也是一样的稳定结构。在最小的距离上，强核力可以超越任何其他力，所以在大多数情况下可以算是最强的力。

半人马座A星系和电磁加速下的高能粒子喷流。

资料来源:美国国家航空航天局空和美国航天局

但是如果你的原子核足够大，那么电磁力就会成为主导力。比如铀-238，时不时会分裂出一个氦核，因为核内粒子间的排斥力很大，强核力无法将它们束缚在一起。从宏观宇宙的角度来看，塌缩恒星和高速旋转的带电粒子产生的强磁场可以加速粒子形成宇宙中最强的力:从四面八方狂轰滥炸我们的超高能宇宙射线。与强核力不同，电磁力的范围可以无限扩大；在宇宙的另一端也能感受到质子的电场。

大核中β衰变的图解

来源:维基百科(维基共享)

弱核力，从名字上看，似乎与宇宙中最强的力无关。但即使相对较弱，也能在某个时刻大放异彩。在适当的条件下，电磁力(带电粒子间的斥力)和强核力(将原子核束缚在一起)相互抵消，距离极短的弱核力成为主导力。当它成为主导时，系统的平衡态将被完全打破，因为弱核力会引起放射性衰变(β衰变)，即中子会转化为质子、电子或反电子中微子。中子、重元素以及放射性水(含氚废水)中发现的不稳定同位素氚，都揭示了弱核力的威力。

行星形成系统图解

资料来源:美国国家航空航天局空和美国航天局

但是在最大的尺度上——在星系、星系团等等。——上面提到的任何一种力量都不够。虽然电磁力的范围可以扩展到整个宇宙，但还是不会有太大影响。这是因为宇宙中的正负电荷作为一个整体是平衡的(主要是质子和电子)。即使在可观测的范围内，我们也可以把宇宙中的电荷差控制在10的34次方的十分之一以内。宇宙告诉我们，虽然在两个例子之间，电磁力可能远大于引力，但如果足够多的粒子聚在一起，整体出现或接近电荷中性，引力就会成为唯一的关键力。核聚变过程中产生的辐射压力不能打散恒星是因为它们之间的相互吸引克服了核聚变能量的外部推力。

宇宙中已知最大的独立星系。

来源:斯隆数字巡天

在宇宙中，星系团和大型天体结构之间的跨度可以长达10亿光年。然而，无论是相隔80亿光年、100亿光年还是150亿光年，在整个宇宙中总能找到绝对零值。令人不解的是，这并不是由上述任何一种力引起的，而是由一种意想不到的现象引起的:暗能量。

暗能量相机拍摄的艾尔戈多星系团(低亮度)。它独立于画面中的其他结构而存在。

来源:暗能量调查

在最大的尺度上，这种自然存在于Tai 空中的基本能量，虽然非常小——每立方千米不到1焦耳——却足以克服宇宙中最大的星系团之间的相互吸引。结果是加速扩张。随着时间的推移，最远的星系团以更快的速度相互远离。在宇宙的维度中，引力是不起作用的。

宇宙膨胀的可能性模型

资料来源:美国国家航空航天局(NASA)和欧洲航天局(ESA)。

宇宙中谁最强？缩小到最小比例，强核可以是重要任务；说到最高能量，电磁力当之无愧；说到最大的捆绑结构，重力是不可或缺的；在这一切之上，宇宙中神秘的暗能量开始主宰一切。如果比较绝对星等，暗能量是最弱的:它的第一次出现就占了整个半个宇宙，人类直到1998年才发现它的存在。但是宇宙那么大，当整个宇宙体积叠加在一起，展望未来，暗能量最终将是唯一的能量。

相关知识

基本相互作用，物质之间最基本的相互作用，常被称为自然四力或宇宙基本力。到目前为止观察到的所有关于物质的物理现象，都可以用物理学中的这四种基本相互作用机制来描述和解释。

图示:力可以描述为作用在物体上的推力和拉力，可以由重力、磁力或任何可以加速质量的现象产生。

大统一理论认为，强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用可以统一为一种相互作用。目前，统一弱相互作用和电磁相互作用的电弱统一理论已被实验证实。

图示:大型强子对撞机中致密μ子线圈产生的希格斯玻色子。它是由衰变为强子喷流的质子与电子碰撞形成的。

大统一理论(GUT)是一种物理理论。物理学家希望单一的物理理论能够合理解释电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用引起的物理现象。统一理论是物理学走向万有理论的垫脚石。请注意，大统一理论不包括引力，尽量称之为万有理论。

参考数据

1.WJ百科全书

2.天文术语

3.伊桑·西格尔高级撰稿人-国王皮鞋

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