淺析自然界的四大基本力

韓晨旭

摘要：自然界的四大基本力包括萬有引力、電磁相互作用力、弱相互作用力、強相互作用力，這些作用力有一個共同之處，那就是存在一定的領域中，這個領域成為場。四大基本力是物理力學體系中最基礎的內容，任何對物理力學的認知以及對知識框架和體系的構建都需要深入了解和研究這四大基本力。許多高中生對力的概念和原理一知半解，不知從何下手，無法構建力學的知識框架和體系，也就難以提高自身的物理水平。事實上，他們必須要對這些書本上沒有提及的概念作一個詳細的了解，結合自己的理解和認知弄清楚力的本質。文章基于高中生的視角，以全面化客觀化的角度思考問題，對自然界的四大基本力作一個淺析。

關鍵詞：自然界；四大基本力；高中生視角；力的原理

自然界四大基本力的強度從低到高排序分別為萬有引力，弱力，電磁力強力。根據科學研究成果將這些基本力的相對強度用數值表示：假設萬有引力為1，則弱力為1025、電磁力為1036、強力為1038。這些基本力相差極其懸殊，是宇宙中廣泛存在的力，也是最基本的力的形勢，事實上這些力都不能夠再拆分或是簡化為其他形勢的力，具有唯一性。

一、自然界四大基本力的定義與概念

整個物理學史上，物理學家們對于力學的研究可謂是相當狂熱，“‘力和‘力的原理究竟是什么”是物理學家們一直致力于弄懂的永恒課題。遺憾的是，盡管牛頓力學體系和經典力學體系建立以來，人們對力的研究和認知達到了一個新的高度，卻也還有許多問題未能夠得到有效解決。物理學家們想要解決這些問題，主張通過進一步深入了解這四種自然界的基本力，通過對這些概念和性質以及相關原理進一步了解，得出更具有價值的物理力學研究成果。自然四大基本力的定義和概念較多，以下無法一一詳盡，只能分為四個部分作為分析以供參考：

1.強相互作用力。強相互作用力也被稱之為“強力”或者“強核力”，其基本力的作用強度最強，作用距離最短，是維系微觀世界平衡的一種重要作用力。事實上，強力是指強子之間的相互作用力，而強子則是粒子物理學中的概念，是它由夸克和反夸克組成的，而將夸克連在一起的是量子色動力學中被稱為膠子的粒子，強子則是這些粒子連結的產物。有趣的是，強力的作用力大小跟距離的關系并不成正比，是以反比的形勢存在，距離越短，強力越小，這種作用力還需要物理學家們進行深入地研究。

2.弱相互作用力。弱相互作用力也被稱之為“弱力”和“弱核力”，它的定義和概念指的是造成放射性原子核或自由中子衰變的短程力，事實上，在宇宙中能量是守恒的，之所以會產生光能，熱能以及核能是因為原子核的放射或者聚變產生的能量溢出。弱相互作用力很好地解釋了為何會有放射的現象發生，也表明了一些粒子自身具備能量的事實。與強相互作用力相同的是，它的大小與距離息息相關，不同的是，它的大小與距離呈反比，一旦距離稍微變長，這種力幾乎就不存在了。

3.電磁力。電磁力是指單個電荷或是一群運動電荷（電流）在磁場中受到的作用力。電磁力盡管仍然屬于微觀世界的領域，然而卻能夠被人們以實現的形式被肉眼清晰觀察得知。電磁力存在的條件是磁場，沒有磁場無法產生電磁力，電磁力最大的特點是永不做功，在磁場運動的電荷不會獲得磁場中的能量，但會發生一系列的偏移。電磁力能夠在生活中廣泛運用，因為人們可以大量獲得磁場，也能夠對導管進行通電，將運動電流移入磁場。

4.萬有引力。萬有引力是存在最廣泛也是最用強度最小的一種力，普遍存在于宇宙之中，只要能夠被定義為物質的物體都會存在萬有引力。對于有質量的物體，萬有引力是普遍存在的，然而需要注意的是，萬有引力是一種相互作用力，因此在萬有引力的對象必須是兩個不同的物體。萬有引力的強度與距離和物體質量有關，一旦距離過大就會變得無比微弱，盡管它是四種基本力中最微弱的，但卻能夠維系著宇宙，時間和空間的平衡，具有極為重要的意義。

二、四大基本力的運用

自然界的四大基本力在人們的工業生產和日常生活中有著較為廣泛的運用，極大促進的生產力的發展和高端領域的研發，還為人們的日常生活帶來許多的便利，影響并改造了人們的生活方式。這四種基本力在多方面全方位影響著人們的生活價，表現在多個方面，在此無法一一詳盡，只能通過以下三個案例進行分析說明：

1.強核力和弱核力的運用

強核力和弱核力都屬于微觀物質之間的相互作用力，主要運用于物理學微觀領域中的研究。強核力的作用將質子和中子中的夸克束縛在一起，并將原子中的質子和中子束縛在一起，因此在微觀研究中可以通過人為地制造與強核力大小相近的力從而將質子和夸克進行分開，研究單獨的結構。弱核力的作用是造成原子的放射和中子的衰變，物理學家根據這個特點可從放射程度或是衰變程度中獲得其微粒或物質存在的年限。這兩種力更多是作為物理學領域的研究，屬于微觀領域的常見力，盡管在自然界的物質組成中具有極為重要的作用，但目前人類還是難以運用。

2.電磁力的運用

電磁力會給磁場中的運動電荷或者是通電導體一個作用力，因此在生活中運用是極為廣泛的。在如今科技較為發達的情況下，高強度的電流和高強度的磁場是非常容易獲得的，因此人們也利用電磁力獲得能源，讓一些運動的物體獲得動能。現實中幾乎所有的電動機都是靠磁力驅動的，此外而一些靜電儀器、電子管器件、靜電除塵裝置等，則是以靜電力來實現其功能。電磁力的運用廣泛也側面說明了電磁力是一種較為理想和容易操控的一種力。

3.萬有引力的運用

萬有引力發現以來，天文學與航天工程不斷地發展與完善，人類從對地球的初步探索進入到了外太空。在高中物理力學體系中，萬有引力被發現以及奠定時，人們通過萬有引力公司計算出了逃逸速度，由此不斷發展，為火箭提供充足的動能，使其脫離地球引力飛向外太空。物理力學在航天工程中應用極為廣泛，但最主要的是提供了理論依據，讓人們獲得了探索世界的基礎知識。

綜上所述，自然界的四大基本力包括萬有引力、電磁相互作用力、弱相互作用力、強相互作用力，這些力是物理力學的重要理論和概念。現實生活中強力和弱力幾乎難以運用，但電磁力和萬有引力卻為人們的日常生活帶來了巨大的便利。

參考文獻：

[1]王汰非.基本力統一理論[J].青海大學學報（自然科學版）.2010-03-01