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四种相互作用力哪个没有统一(四种相互作用和四种基本力)

四种相互作用力哪个没有统一(四种相互作用和四种基本力)

更新时间:2025-06-18 06:08:00

四种相互作用力哪个没有统一

截至目前,科学家们总共在宇宙中发现了4种基本作用力。其中,“强核力”和“弱核力”都是短程力,一般只在原子核内起作用,前者利用pion介子将带正电荷的质子和中子结合起来形成原子核;后者利用中间玻色子使某些原子核发生贝塔衰变。“电磁力”是遵守平方反比律的长程力,依靠光子在原子内外都起作用。“引力”是长程力,依靠引力子主宰宇宙中的恒星和行星的运动。

科学家们用这四种作用力勉强解释了所认识的宇宙。但疑难问题越来越多。

1、宇宙在可观测范围内一直在膨胀,但科学家却只承认万有引力。万有引力只吸引,不排斥,不能解释宇宙膨胀的现实。所以,又提出了暗能量即爱因斯坦的宇宙常数的概念,专门解释宇宙膨胀现象。

2、宇宙中80%的星系是旋涡星系,但万有引力解释不了星系的自旋和旋臂,只能归结为突然的碰撞和偶然的力矩这些随机事件。

3、至今没有发现传播引力的引力子。万有引力理论基础不牢。

科学家们一直致力于用数学方法统一四种作用力,先把弱核力与电磁力统一起来,又把强核力与电磁力统一在一起。但引力依然无法入群,孤独地徘徊在大统一理论之外。

统一之路为什么一波三折,异常艰辛。四种作用力真的统一不了吗?

我的答案是:四种作用力可以统一。但方法或道路不能因循守旧,抱残守缺,而是要全面创新,不惜打破已有的坛坛罐罐甚至是殿堂。

目前四种作用力统一的障碍主要是科学概念的混乱、力的作用范畴的混乱和理论使用的混乱。

比如说宇宙是有限的还是无限的?空间是物质的还是空的?科学家们依然众说纷纭,争论不休。比如说电磁力是长程力,但主要表现在原子里。

比如说理论上每种力都需要传播子,但引力的传播子引力子至今还没有找到。万有引力统治着物理界,但只能用于质点计算,许多天文问题还得另辟蹊径解决。

爱因斯坦1915年提出广义相对论,认为“引力”不是两个物体之间的相互作用,而是空间自身扭曲的结果。但量子力学认为空间不会弯曲。两大理论渐行渐远,彼此难以融合。

为什么四种力难以统一?因为有关四种力的理论有缺陷,顾此失彼。电磁力理论是相对完善的理论,有电引力、电斥力,有磁引力、磁斥力,有长程力、短程力,符合人们对大自然观察的结果。引力理论就不同了。“万有”禁锢了科学家们的思维,出现了黑洞喷发、宇宙蛋爆炸、多维空间、时空穿越、鬼神不死等等离奇、玄幻的说法和现象。并且,宇宙空间只有引力,没有斥力,也解释不了宇宙膨胀。星球外有引力,星球内部有什么?强核力理论更是算出了众多粒子,用对撞机撞击出一些稍纵即逝的瞬间信号来证实我们这个本来就实实在在存在的自然界源于这些粒子,但却解释不了这些小小的粒子为什么会自旋。强核力也应该有强引力和强斥力。

要统一四种力,就要敢于重打锣鼓另开张。

宇宙中的物质有两个层次:一是微观粒子层次,即原子里的世界。一是宏观物体层次,从分子到星球、星系。

原子和粒子都是一个个小旋涡。原子旋涡受控于电磁力,原子核外用电磁力解释,原子核内用强核力解释。强核力不仅有强引力,也有强斥力。原子核的贝塔衰变是原子旋涡力有不逮的反映,是强斥力作用的结果。

星系和恒星系都是一个个大旋涡。星系和恒星系旋涡受控于引力和暗能量。星系和恒星系外用引力解释,星系和恒星系内用电磁力解释,暗能量适用于整个旋涡。星系和恒星系里物体的逃逸是暗能量作用的结果。

各种力的作用不需要传递粒子,但可以有伴生粒子。

这样,宇宙中就有星球之间的引力、暗能量这样一对宏观力,星球内部的电、磁力这样一对宏观力。同理,原子里有原子核与电子之间的电、磁力这样一对微观力,原子核内部有强电力、强磁力这样一对微观力(含弱力)。共有6种作用力。

这6种作用力可以统一为旋涡力。而旋涡里有旋聚力和排斥力。两者如影随形,共同创造各类物质,形成千奇百怪的宇宙。

探索这四种基本相互作用力的统一理论,经过几十年的努力已经初步找到了端绪。在50年代,量子电动力学有了重要发展,和实验符合极好。按照量子电动力学,电磁相互作用是由光子传递的,而光子场(电磁场)是一种规范场。50年代中叶发现弱相互作用宇称不守恒后,人们又看到弱相互作用的 V-A理论形式和电磁相互作用的矢量流理论形式有相似之处。S.L.格拉肖、S.温伯格和A.萨拉姆等人按照弱相互作用也可能是由某种规范场的粒子传递的思路,提出了量子规范理论形式的弱电统一理论,从而找到了弱相互作用和电磁相互作用在逻辑上的统一。这个理论认为传播相互作用的规范场有四种,其中一种是电磁场,它的场量子就是早已确认的传递电磁相互作用的光子;另外三种是新预言的,即传递弱相互作用的WW和Z场,相应的场量子是W粒子、W粒子和Z粒子。1983年物理学家们已经找到了质量比质子约大90倍的 W、W粒子和质量比质子约大100倍的Z粒子,证实了这个预言。

弱电统一理论的进展鼓舞着人们探讨强相互作用的规范理论,在70年代初提出了量子色动力学。该理论有八种规范场,称为胶子场,相应的胶子也有八种。这个理论的各种推断与高能碰撞的各种实验结果相符合,因而量子色动力学被认为是最有前途的一种强相互作用理论。沿着量子规范理论的道路继续发展,人们在70年代又提出了大统一理论,试图把强相互作用和弱电相互作用也统一起来。目前大统一理论已有了十几种模型,由于实验上的困难,近期内还不能判断哪一种模型更接近实际情况。而且尽管人们已经用大统一理论解释了一些宇宙学现象,例如正物质多于反物质等,但它关于质子不稳定(衰变寿命约10

在研究大统一理论的同时,人们还提出了关于弱相互作用、电磁相互作用、强相互作用和引力相互作用统一的理论。但由于引力直接与时空的性质相联系而其他相互作用并不如此;传递引力的引力子的自旋为2h,光子、抆、刔、Z0 和胶子的自旋则都是h;引力耦合常数有量纲~(质量)-2 ,其他相互作用耦合常数却没有质量量纲。因而使引力相互作用与其他相互作用的统一遇到了带有根本性的困难。目前人们正从"超弦模型"量子场论方面探讨这个问题,这里可能存在着一些有待发现的重要环节。相互作用统一理论的进展预示着人们对物质世界规律的统一性将有进一步的认识。

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