自然界中总共有四种基本力,分别是:强相互作用力、弱相互作用力、电磁力和引力。对于我们来讲,这些力都是非常重要的,正是有了这些基本力的存在,我们所处的宇宙才得以有条不紊的运行。今天我们就来科普一下方面的知识,由于很多人都对弱相互作用力不是很了解,因此本文着重以通俗易懂的方式来介绍弱相互作用力。
弱得离谱的引力
按照从强到弱的排列,它们的顺序依次是:强相互作用力、电磁力、弱相互作用力、引力,与其他三种力相比,引力显得非常的另类-它实在是太弱了。
一个简单的例子就可以说明,我们把一颗铁质的回形针放在地上,由于受到地球引力的作用,这时这颗回形针就紧紧的贴在地面上了。现在我们用一小块磁铁从上方靠近这颗回形针,当磁铁与回形针的距离缩短到一定的距离的时候,我们就可以看到回形针直接挣脱了地心引力,投入了磁铁的怀抱。也就是说,一块小小的磁铁产生的电磁力,就比整个地球产生的引力还要强!
因为引力的可叠加性,质量越大的物体其引力就越大,所以引力通常都是表面在宏观的层面,因此虽然引力弱得惊人,但是它却是构成宇宙中的日月星辰的关键。
强相互作用力
在自然界里除了氢原子,其他的原子核里都拥有两个以上的质子的。而质子是带正电的,因为同极相斥,所以如果要将两个质子紧紧挨在一起,就必须要克服质子之间巨大的排斥力。强相互作用力就是起的这个作用,它将原子核内的质子和中子紧紧的束缚在一起。而从更微观的角度来看,强相互作用力是将组成质子和中子的夸克拉拢在一起。
因此我们可以看出,强相互作用力比电磁力强,事实上强相互作用力是自然界最强的力。如果没有强相互作用力,宇宙中连最基本的原子核都无法形成,我们的世界将荡然无存。
无处不在的电磁力
电磁力是电力和磁力的总称,它是指基本粒子在电荷、电流和磁场的相互作用下产生的力。在我们日常生活中的很多力如摩擦力、支撑力、弹力……等等等等,归根结底都是电磁力的作用。如果没有电磁力……大家可以自行想象。
弱相互作用力大家都知道原子由质子、中子和电子构成,其中质子带正电,电子带负电,中子不带电。一个原子要保持稳定,就必须要呈电中性(正负电荷平衡),也就是说有多少个质子就应该有多少个电子,否则的话原子就会带电,从而变得很不稳定。
事实上,自然界里所有的原子都是趋向于电中性的,我们来看一看原子是怎么做到的。当原子内的电子比质子少的时候,通常情况下原子核内的结构就会出现变化,其具体表现为原子核内的少部分质子会转变为中子,并同时释放出电子和中微子。简单的讲就是原子给自己减少了质子,并同时增加了电子,从面达到原子的电中性,由于释放出的电子是带负电的,所以这个过程我们称之为“负β衰变”。
以上过程是可逆的,当电子比质子多的时候,原子核内的质子就会转变成中子,并释放出正电子和中微子,相应的这个过程被称之为“正β衰变”。需要注意的是,正电子是反粒子,它会与原子核外的电子发生湮灭,其结果就是产生出一对γ光子,这就是太阳发光的原理。
而控制β衰变的,就是弱相互作用力,关于弱相互作用力是怎么运作的,这里我们简单讲一下。根据粒子物理学的标准模型,中子和质子都是由上夸克和下夸克组成,其中质子由一个下夸克和两个上夸克构成,中子则是由两个下夸克和一个上夸克构成。因此,只要改变中子和质子中的上、下夸克的数量,就可以实现它们之间的互相转变。而弱相互作用力是自然界唯一可以使上、下夸克互相转变的力,这有个专门的名称,叫做“夸克味变”。
所以说弱相互作用力对我们也非常重要,如果没有它,宇宙中所有的恒星都将不会发光,而我们将生活在一个黑暗的、充满各种不稳定因素的世界里!