基本相互作用簡介
基本相互作用在巨觀世界裡，能顯示其作用的只有兩種：引力和電磁力。
引力是所有物體之間都存在的一種相互作用。由於引力常量G很小，因此對於通常大小的物體，他們之間的引力非常微弱，在一般的物體之間存在的萬有引力常被忽略不計。但是，對於一個具有極大質量的天體，引力成為決定天體之間以及天體與物體之間的主要作用。
電磁相互作用包括靜止電荷之間以及運動電荷之間的相互作用。兩個點電荷之間的相互作用規律是19世紀法國物理學家庫侖發現的。運動著的帶電離子之間，除存在庫侖靜電作用力之外，還存在磁力（洛倫茲力）的相互作用。引力、電磁力能在巨觀世界裡顯示其作用。這兩種力是長程力，從理論上說，他們的作用範圍是無限的，但是電磁力與引力相比要弱得多。巨觀物體之間的相互作用，除引力外，所有接觸力都是大量原子、分子之間電磁相互作用的巨觀表現。
原子(含電子,質子,中子)-內部結構模型圖弱相互作用和強相互作用是短程力，短程力的相互作用範圍在原子核尺度內。強作用力只在10-15m範圍內有顯著作用，弱作用力的作用範圍不超過10-16m。這兩種力只要在原子核內部核基本離子的相互作用中，才顯示出來，在巨觀世界裡不能察覺他們的存在。
四種相互作用按強弱來排列，順序是：強相互作用、電磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用。一對質子在相距10-16m時，各種相互作用的強度為（假定此時強相互作用強度的數量級為1）：
原子核-內部結構模型圖引力相互作用
引力相互作用
引力場的量子稱為引力子-內部結構模型圖重力相互作用，簡稱-(重力或引力)-，是四個基本相互作用中最弱的，但是同時又是作用範圍最大的（不會如電磁力一般相互抵銷）。但當距離增大，重力相互作用的影響力就會遞減，假設兩物件的相互距離為'，其作用力則可以1/'2的計算式推論出來。不像其他的相互作用，重力可以廣泛地作用於所有的物質。由於其廣泛的作用範圍，當物質質量為極大，物質有關的屬性以及與物質的帶電量有時可以相對地忽略。
而由於其廣泛的作用範圍，引力可以解釋一些大範圍的天文現象，比如：銀河系、黑洞和宇宙膨脹；以及基本天文現象例如：行星的公轉；還有一些生活常識例如物體下落、很重的物體好像被固定在地上、人不能跳得太高等。
含銀河系、黑洞的膨脹宇宙-模型圖萬有引力是第一種被數學理論描述的相互作用。在古代，亞里士多德建立了具有不同質量的物體是以不同的速度下落的理論。到了科學革命時期，伽利略·伽利萊用試驗推翻了這個理論－如果忽略空氣阻力，那么所有的物體都會以相同的速度落向地面。艾薩克·牛頓被蘋果砸到時發現地心引力，進而引伸出萬有引力定律(1687年)，是一個用來描述通常重力行為非常好的近例。在1915年,阿爾伯特·愛因斯坦完成了廣義相對論，將重力用一種更精確的方式描述－時空幾何，並指出引力是空間與時間彎曲的一種影響。
如今，一個活躍的領域正致力於用一個使用範圍更廣的理論來統一廣義相對論和量子力學－大統一理論。在量子力學中，一個在量子引力理論中構想的粒子－引力子被廣泛地認為是一個傳遞引力的粒子。引力子仍是假想粒子，目前還沒有被觀測到。
儘管廣義相對論在非量子力學限制的情況下較精確地描述了引力，但是仍有不少描述萬有引力的替代理論。這些在物理學界嚴格審視下的理論都是為了減少一些廣義相對論的局限性，而目前觀測工作的焦點就是確定什麼理論修正廣義相對論的局限性是可能的。
電磁相互作用
電磁相互作用弱相互作用
弱相互作用
β衰變-內部結構模型圖最早觀察到的原子核的β衰變是弱相互作用現象，凡是涉及中微子的反應都是弱相互作用過程。弱相互作用僅在微觀尺度上起作用，起力程最短（大約在10-18m範圍內，比強互動作用的範圍小），強度在四種相互作用中排第三位。由於弱相互作用比強相互作用和電磁相互作用的強度都弱，故有此名。有兩種弱相互作用，一種是有輕子(電子e，中微子ν，μ子以及它們的反粒子)參與的反應，如β衰變，μ子的衰變以及π介子的衰變等；另一種是Κ介子和∧超子的衰變。
三代輕子-內部結構模型圖弱相互作用的一個特點是對稱性低。在弱相互作用中﹐空間反射﹑電荷共軛和時間反演的對稱性都被破壞﹔同位鏇﹑奇異數﹑粲數﹑底數等在強作用下守恆的量子數都不守恆。
弱相互作用與電磁相互作用雖然很不相同﹐卻又有相似之處。弱相互作用流與電流一樣是守恆的﹐它們之間還有以對稱性相聯繫的關係。在60年代末提出了弱作用和電磁作用統一的規範理論。標準的弱電統一規範模型與所有低能的弱作用實驗結果一致。理論中預言的中間玻色子也已於1983年發現。
中間玻色子-內部結構模型圖強相互作用
強相互作用
介子-內部結構模型圖強相互作用比其他三種基本作用有更大的對稱性﹐也就是說﹐在強相互作用中有更多的守恆定律。強相互作用不像引力和電磁相互作用那樣是長程力而是短程力。但是它的力程比弱相互作用的力程長﹐約為10-15m。大約等於原子核中核子間的距離。
對強相互作用本質的了解長期以來是物理學中的難題。人們曾經提出過許多強相互作用的理論﹐它們取得的成就都很有限。原因之一是理論中沒有小參量﹐因而找不到可靠的近似方法。人們由強子的夸克模型和規範場的概念出發提出量子色動力學。在這個理論中﹐強相互作用是組成強子的夸克之間通過一些稱為膠子的規範粒子場傳遞的作用。這個理論有在小距離處作用變弱的性質。它被認為是有希望的強相互作用基本理論。
夸克、膠子-內部結構模型圖參見
強相互作用
弱相互作用
電磁相互作用
重力相互作用
相互作用
標準模型理論
電弱統一理論
大統一理論
萬有理論
宇宙速度
力
物理學知識2
| 物理學(PHYSICS)是研究物質世界最基本的結構、最普遍的相互作用、最一般的運動規律及所使用的實驗手段和思維方法的自然科學，簡稱物理。物理學是人們對無生命自然界中物質的轉變的知識做出規律性的總結。 |
