宇宙中存在著四種基本力，他們分別是引力、電磁力、以及只在微觀世界里才出現(xiàn)的強(qiáng)作用力和弱作用力。
但是這四種基本力究竟是什么樣的力？長期以來科學(xué)家們希望能用一個理論統(tǒng)一四種力的到底是什么東西？
左上：引力（Gravity） 右上：電磁力 （Electromagnetism）左下：強(qiáng)作用力 （Strong） 右下：弱作用力（Wea
兩顆粒子要產(chǎn)生互動，則必須先要讓對方知道自己的存在，但要如何做到這一點(diǎn)？有個辦法，就是在兩者之間“傳遞”第三種粒子，這個“第三者”（不）被我們稱為“媒介子”。
所以，我們不妨把這幾種力比作像羽毛球和網(wǎng)球這樣的運(yùn)動競賽，這些競賽的規(guī)則都很類似，有兩個或兩個以上的球員站在球網(wǎng)的兩側(cè)，然后把一顆球打過來揮過去，目標(biāo)一致皆為：努力讓對手接不到球。
而我們?nèi)祟惖哪繕?biāo)，則是要設(shè)法了解這些競賽的規(guī)則，了解那幾顆球究竟是怎么回事。我們的希望則是，最后發(fā)現(xiàn)，這所有看似不同的球賽，到最后組成了一個就像十項全能運(yùn)動一樣的超級運(yùn)動競賽。
超級運(yùn)動競賽：大統(tǒng)一理論
早在牛頓于1687年“發(fā)現(xiàn)”重力以前，人類其實(shí)就早已意識到重力的存在，仔細(xì)想想，若是沒有重力，哈利法克斯的斷頭臺上的刀片就會不時飛走。
哈利法克斯的斷頭臺
人類對引力有著更深一步的認(rèn)識，是在牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》發(fā)表后。
牛頓僅僅通過幾道簡單的算式，就能精準(zhǔn)推測蘋果落地的時間，行星繞行的軌道等等，根據(jù)他的定律，宇宙中的一切事物之間都會產(chǎn)生相互吸引的力，而且距離越遠(yuǎn)，這種力便越弱。
《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》
盡管如此，牛頓并未窺得引力的全貌，直到1916年，愛因斯坦發(fā)表著名的廣義相對論之后，我們才能真正了解引力。
引力是指具有質(zhì)量的物體之間加速靠近的趨勢，其來源于物體自身質(zhì)量對于時空的彎曲。
愛因斯坦的廣義相對論認(rèn)為萬有引力是由于時空彎曲而產(chǎn)生，具有質(zhì)量的物體周圍的空間是彎曲的。
根據(jù)數(shù)學(xué)定理，兩點(diǎn)之間線段最短，然而，在被彎曲的四維時空里，短程線也被彎曲了。因此受到引力作用，行星沿短程線向太陽靠近，從而周而復(fù)始的繞太陽按橢圓軌道公轉(zhuǎn)。
其中，構(gòu)成天體系統(tǒng)的主要原因是質(zhì)量所引起的時空扭曲。
大質(zhì)量的天體導(dǎo)致時空扭曲，使小質(zhì)量的天體圍繞著它橢圓運(yùn)動
引力就好像是羽毛球賽，羽毛球的比賽場地很大（整個宇宙），但沖擊力道并不大，被羽毛球打到并不會很痛，相較之下，如果是足球或者是籃球，被打倒可能會痛得哭天喊地。
羽毛球是個不錯的入門球賽，安全而又老少皆宜，更重要的是，每個人都有資格參加。宇宙中的所有粒子，無論質(zhì)量大小都會創(chuàng)造出自己的“羽毛球拍”（重力場），也會對其他粒子產(chǎn)生引力。
然而這顆“羽毛球”----重力子，人類從未探測到它的存在，甚至還無法設(shè)計出實(shí)驗來探究它是否存在，盡管如此，我們可以確知的是，重力子如果真的存在，它應(yīng)該必須永遠(yuǎn)相吸、作用范圍無限遠(yuǎn)。
電磁力是在帶電荷的粒子之間引起的力。電場與磁場都是電荷產(chǎn)生的，其大小和方向都與距離電荷的遠(yuǎn)近有關(guān)，也都與電荷的大小有關(guān)，所不同的是，磁場還與電荷的運(yùn)動速度有關(guān)。另外，電磁與磁場能夠互相產(chǎn)生對方（磁生電，電生磁）。
電場和磁場結(jié)合起來才能滿足狹義相對論，因此電場和磁場本質(zhì)上是同一種東西，在不同的參考系里有不同的表現(xiàn)形式。（1864年，麥克斯韋將磁學(xué)與電學(xué)用麥克斯韋方程統(tǒng)一起來，并將磁力與電力統(tǒng)稱為電磁力）
我們在日常生活中所見到的物理現(xiàn)象，除了引力之外，幾乎全都可以用電磁力來解釋。
譬如，你之所以能安穩(wěn)地坐在椅子上，全是拜電子的排斥力所賜。
而分子與分子之間之所以能穩(wěn)定地結(jié)合，例如水之所以是水，而不是像米老鼠一樣的小顆粒，則是拜電吸引力之賜。
此外，氣球之所以會黏在墻壁上，則是因為靜電力的關(guān)系。
同時這也是所有化學(xué)現(xiàn)象的基礎(chǔ)。
水分子們 電磁力有點(diǎn)像是打網(wǎng)球，節(jié)奏比許多球類運(yùn)動都快，毛絨絨的綠色網(wǎng)球雖然小，卻蘊(yùn)藏了很大的能量。
不過中性的粒子不能參加網(wǎng)球比賽，因為中子把網(wǎng)球拍忘在媽媽家里了（中子不帶電，顯中性）。
前面講過，粒子間的力就像球賽，但球賽要好玩，還需要一個關(guān)鍵：球！想想看，若是沒有球，網(wǎng)球賽不過就是兩個人在瞎揮球拍，同樣的道理也適用在這。
在電磁力的網(wǎng)球賽中，那顆相對于綠色毛絨網(wǎng)球的粒子，負(fù)擔(dān)媒介功能的，稱為光子，光子沒有質(zhì)量，并以光速前進(jìn)。
你或許還有一個問題：引力和電磁力，究竟哪一股力量比較強(qiáng)？
答案是電磁力，而且在引力與電磁力的比拼之中，電磁力不僅僅是小勝幾分，而是大獲全勝。
兩電子之間的電磁（庫侖）斥力，比兩者間的引力還要大10^40倍。因此，當(dāng)我們探討屬于原子或規(guī)模更小的尺度時，則幾乎可以完全忽略引力的影響
原子核由帶正電的質(zhì)子和不帶電荷的中子組成，它們聚集在約10^-15m的區(qū)域內(nèi)（打個比方：把原子核的寬度與你的身高相比，就好像比較你的身高與你到半人馬座α星之間的距離4.37光年一樣）的范圍內(nèi)，我們以氦原子為例，它有兩顆中子和兩顆質(zhì)子組成，根據(jù)上面的所說，兩顆質(zhì)子應(yīng)該會被極強(qiáng)的電磁（庫侖）斥力給炸開，可是為什么沒有呢？
這是氦原子 中間兩個黃色的便是中子，紅色的是質(zhì)子，它們四個組成了氦原子核（α粒子）
根據(jù)庫侖定律：真空中兩個靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作用力同它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，核子之間存在一種能壓服庫侖斥力的強(qiáng)相互作用力，而使質(zhì)子和中子緊緊結(jié)合在一起的則是核力。核力是質(zhì)子與中子交換介子（一種傳遞力的的基本粒子）而產(chǎn)生的。
強(qiáng)力是短程力，在原子核的尺度內(nèi)強(qiáng)力比庫侖力大得多，核子（是質(zhì)子、反質(zhì)子、中子與反中子的總稱，是組成原子核的粒子。它們由夸克和膠子組成）間的距離大于2×10^-15m時，強(qiáng)力很快下降消失，核子間的距離在1×10^-15m~2×10^-15m之間，核力表現(xiàn)為吸引力，小于1×10^-15m又表現(xiàn)為斥力，且隨距離的減小斥力迅速增大。
強(qiáng)力對維持穩(wěn)定的原子核有重大的作用。Emmmmmmmm，好像沒有一類球類競賽能比較貼切地比喻強(qiáng)作用力，因為強(qiáng)力比較像是使兩個同極磁鐵靠近但是讓它們不發(fā)生排斥的力。
如果從力的性質(zhì)來看，強(qiáng)作用力更像桌球，桌球比賽場地很小，但對打卻很激烈，而且只有夸克以及由夸克所組成的質(zhì)子和中子才能參加比賽。
請繼續(xù)讓我使用運(yùn)動競賽的這個在這里看起來比較扯淡的比喻，強(qiáng)相互作用力之間的那顆“球”是一些稱為膠子的規(guī)范粒子。
這是一顆質(zhì)子，里面的白色波浪線是膠子u是上夸克，d是下夸克
夸克（英語：quark，又譯“層子”）是一種基本粒子，也是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元。
之前我們在上面介紹強(qiáng)作用力的時候提到，由于自然界存在某些現(xiàn)象無法用引力和電磁力充分加以解釋，因此必須用強(qiáng)作用力解釋，而現(xiàn)在，也有一種現(xiàn)象無法用引力和電磁力解釋：即是中子的衰變。
中子的衰變
在原子核外，自由中子性質(zhì)不穩(wěn)定，壽命約為15分鐘。中子衰變時釋放一個電子和一個反中微子而成為質(zhì)子（β衰變）。同樣的衰變過程在一些原子核中也存在。原子核中的中子和質(zhì)子可以通過吸收和釋放π介子互相轉(zhuǎn)換。
其中起作用的就是弱相互作用力，它是由W及Z玻色子的交換（即發(fā)射及吸收）所引起的，由于弱力是由玻色子的發(fā)射（或吸收）所造成的，所以它是一種非接觸力。這種作用力能使中子衰變成質(zhì)子、電子與中微子或反電子中微子。例如，考古學(xué)上經(jīng)常用放射性碳定年法（即碳14測年）來確定樣品的大概年代。碳14在弱力作用下可轉(zhuǎn)變?yōu)榈?4。
碳14在弱作用力下轉(zhuǎn)變?yōu)榈?4
弱作用力的游戲很像健身藥球，這是個近身，低沖擊，需要做訓(xùn)練，而且看起來好像無聊得要命的游戲，為什么無聊呢，原因就在藥球本身，“藥球”（W及Z玻色子）相當(dāng)重，即使是那種留著八字胡的健身肌肉男，也無法把球丟遠(yuǎn)。
那誰有資格玩弱作用力球賽呢？夸克，中微子，電子都有，但盡管這些粒子都能參加，但如之前提過，這個比賽步調(diào)相當(dāng)緩慢，也不會發(fā)生什么大事。
健身藥球
讓我們回到本篇推送開頭的那張圖~
長期以來，物理學(xué)家一直在努力用盡可能少的基本力來解釋看上去完全不同的現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)力的統(tǒng)一，只用一種力來解釋所有的物理現(xiàn)象是物理學(xué)的終極目標(biāo)。
理論上，宇宙間所有現(xiàn)象都可以用萬有引力、電磁力、強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力這四種作用力來解釋。通過進(jìn)一步研究四種作用力之間聯(lián)系與統(tǒng)一，尋找能統(tǒng)一說明四種相互作用力的理論或模型稱為大統(tǒng)一理論。
早在20世紀(jì)20年代，著名物理學(xué)家愛因斯坦就致力于尋找一種統(tǒng)一的理論來解釋所有相互作用，也可以說是解釋一切物理現(xiàn)象，因為他認(rèn)為自然科學(xué)中“統(tǒng)一”的概念或許是一個最基本的法則。
從30年代提出相對論后不久，愛因斯坦就著手研究“大統(tǒng)一理論”，試圖將當(dāng)時已發(fā)現(xiàn)的四種相互作用統(tǒng)一到一個理論框架下，從而找到這四種相互作用產(chǎn)生的根源。
這一工作一直到他1955年逝世為止，并幾乎耗盡了他后半生的精力，而且統(tǒng)一思維與當(dāng)時物理學(xué)界的主流思想不符，以致于一些科學(xué)史學(xué)家斷言這是愛因斯坦的一大失誤。
現(xiàn)在，出現(xiàn)的超弦理論，其目的是統(tǒng)一這四種基本力，它被認(rèn)為是最有希望把四種力統(tǒng)一在一起的理論。
超弦理論認(rèn)為，所有的基本粒子都是由極其微小的弦組成的，基本粒子的性質(zhì)因弦的振動方式不同而不同。
但是目前超弦理論尚不完善。
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