科普知识300字左右 科普作文300字以上( 三 )


3、只有四种自然力
两千年来 , 科学家已经发现我们宇宙的所有现象 , 都可以简化成四个作用力:
1、电磁力(electromagneticforce):包括电力、磁力和光本身 , 合称为电磁力 。电荷(磁级)正负相同为排斥力 , 相反为吸引力 。由光子传递 , 与电量成正比 , 距离成反比 。长程力 , 在四种力中第2强 。
2、强核力 (strong nuclearforce):是夸克之间的吸引力 , 由胶子传递(束缚质子和中子于原子核中的是其附加效果由π介子传递) 。在有效距离内 , 距离越大 , 力越大 。短程力 , 在四种力中最强 , 也是恒星燃烧能量的自然力 , 氢弹的爆炸正是运用强核力的原理 。
3、弱核力(weak nuclear force):弱核力左右了部分放射性物质的衰变形态 , 是造成β衰变一类的衰变的力 。由希格斯粒子(W+、W-、Z0)传递 , 较弱 , 短程力 , 作用在夸克级的粒子 。是四种力中第3强的 。
4、重力 (gravitational force , 或称引力):由引力子传递 , 与质量成正比 , 距离成反比 。长程力 , 在四种力中最弱 。
4、为何要统一自然力?
一旦人类将所有的作用力整合成一个超作用力 , 这时会有什么突破 。关于这一点 , 物理学家Paul Davies写到:
“我们能够改变时空的结构 , 了解宇宙万物的来龙去脉 , 让物质变得井然有序 。控制超作用力后 , 我们便能任意地组合与改变粒子 , 制造出前所未有的物质形态 。我们甚至能左右空间的维度数 , 制造出具有不可思议属性的人工世界 。我们将成为宇宙的主宰 。”
回看一下人类掌握“力”的历史:
人类诞生的历史超过数千万年 , 在99.99%时间里 , 人类能够掌握的能量只是双手和肌肉的力量 , 大概只有八分之一马力;十万年前 , 随着手持工具的发明 , 人类的能量输出倍增 , 达到一又四分之一马力;牛顿发现万有引力和运动定律 , 让力学被简化成条理分明的方程组 。现代机械原理催生出蒸汽机 , 人类掌握的能量达到数十到数百马力;麦克斯韦尔方程式 , 启迪了爱迪生等发明家 , 人类进入电力时代 , 能量级数获得飞跃 , 极大地改变了人们的生活 。爱因斯坦的相对论为人类打开了核能利用的时代 , 人类掌握的能量提升到足够摧毁自己所居住的行星的程度 。
历史地看 , 每当人类控制一项自然力 , 都能大幅提升人类所能掌握的能量 , 让整个社会改头换面 。(那么 , 未来的人类需要多大的能量?10E 20亿电子伏特起步 , 超过了现在的一千亿倍 。否则 , 我们将无法使空间弯曲 , 解决航行到遥远星际的难题;或者 , 在宇宙崩溃的瞬间 , 有足够的能量打开六维宇宙 , 逃离灭亡的劫难 。)
下面 , 就让我们按照时间顺序 , 回顾一下人类整合四种自然力的历程:
(本文虽然涉及诸多专有词汇 , 但我们尽量直白描述 。理解这些前辈的伟大思想其实不难 , 并不需要多少艰深的专业知识 , 只要:一点常识+一点逻辑+一点耐心 。)
第一个走进这段物理史诗的 , 是一位数学家:黎曼 。
5、黎曼 , 支撑爱因斯坦的巨人


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