2017年6月7日 星期三

整合管理~3.1格物致知~02粒子冒險奇境~03是什麼使它結合在一起?1

整合管理~3.1格物致知~02粒子冒險奇境~是什麼使它結合在一起?1
四個作用力
現在我們已經有一個很好的想法,是關於世界是由什麼構成的:夸克和輕子,那麼……
是什麼使它結合在一起?
我們所知與所愛的宇宙,因為基本粒子的相互作用而存在,這些作用力包括了吸引與排斥力、衰變和滅絕。
在粒子之間有四個作用力,而這世界上所有的力都可以被歸納成這四個作用力!
That‘s right:任何你能想到的力~摩擦力、磁力、萬有引力、原子核衰變等等~都是由這四個基本作用力之一所引起的。

力和作用力有什麼不同?
這很難去分辨其中的差異。
嚴格來講,力是因為其它粒子的存在影響了一個粒子,粒子的作用力包括全部影響它的力,但也包括粒子可能經歷的衰變和滅絕 (將在下一章更深入地討論衰變和滅絕)。
這個理由讓大部分的人搞不清楚,甚至很多物理學家常隨興地使用“力”和“作用力”,雖然“作用力”是比較正確的。舉個例來說,我們叫帶有作用力的粒子為載力粒子。
通常你可以隨興地用,但你必需知道它們有所不同。
物質如何相互作用?
一個困擾物理學家很多年的難纏問題……
粒子如何相互作用?


問題在於物體不用接觸就可以相互作用!
兩個磁性物質怎麼“感覺”到對方的存在而適當地產生吸引或排斥?
太陽是怎麼吸引地球的?
我們知道這些問題的答案是“磁力”和“萬有引力”,但這些力是什麼?
在基本層面,力不只是發生於一個粒子上,而是傳遞於兩個粒子之間的。
看不見的作用
作用在物質粒子上的所有作用力是交換載力粒子,總而言之是不同型的粒子。
正常我們所想到的“力”就是實際上載力粒子在物質粒子作用的結果 。
交換粒子如何導致吸引力的?
我們在日常生活中所看到的吸引力的粒子(像是磁鐵和萬有引力),所以我們一般認為物體的存在能夠影響其他的物體是理所當然的。
當我們更深入的探討問題“兩個物體是如何不用接觸就能夠影響另一個?”我們假設看不見的力可能是載力粒子的互換。
粒子物理學家發現到我們解釋所謂力是利用載力粒子的交換由一個粒子作用在另一個上的說法令人難以置信的正確。
我們必需知道一件關於載力者( force carriers)的事,就是一個特定的帶力粒子只能夠被特定力所影響的物質粒子吸收或放出。
舉個例來說,電子和質子有電荷,所以它們能放出或吸收電磁載力者~光子。
從另一個角度來說,微中子沒有電荷,所以它們無法吸收或放出光子。


電磁現象


電磁力會導致同電性相斥和異電性相吸。
很多日常生活中的力,像摩擦力、甚至是磁力都是由電磁力造成的。
舉個例子,避免你落下後會穿過地板的力,就是電磁力 ,它使得由原子所組成的物質包括你的腳和地板相互抵抗以免被轉移。


電磁力的載力粒子是光子( γ ),不同能量的光子在電磁光譜上延展開來,有 x 光、可見光、無線電波等等。
一如所知,光子沒有質量,總是以“光速”C(真空中大約是以每秒 300,000,000 公尺,或每秒 186,000 英哩)前進著。
剩餘的電磁力
原子內通常有同等數目的質子和電子,因為帶正電的質子和帶負電的電子相消,所以它們是電中性的。
既然它們是電中性的,那是什麼力量使得它們粘在一起而形成穩定的分子呢?
這個答案有點奇怪:我們發現一個原子的部分電荷,能和另一個原子內的部分電荷相互作用,導致不同原子結合。這種作用力稱為剩餘電磁力。 

所以電磁力可以允許原子相結合而形成分子,允許世界保持在一起,並一直產生與你相互作用的物質。
很令人驚訝吧? 所有世界的構造之所以存在只是因為質子和電子有相反的電荷!
看到了吧?現在你知道 生命的意義 了吧?
(壽命只是電磁力的一個完整表現!)
關於原子核?
然而,我們有其他關於原子的問題:是什麼使得原子核結合在一起?
原子核是由一團質子和中子填塞在一起所構成的,然而中子沒有電荷,而帶正電的質子會彼此排斥,為什麼原子核不會散開來呢?

不能說使原子核保持在一起的只有電磁力,但還有其他的力嗎?萬有引力?
不是!萬有引力太小而不能和電磁力相抵。
那我們該如何說明這樣的窘境呢?
強作用力
 


為了了解在核內發生了什麼事,我們必須了解更多關於夸克的性質,夸克組成核中的質子和中子。夸克有電荷,它們也有完全不同種的電荷叫色荷。在色荷粒子之間的力很強,所以這個力被“創造性的”命名為:強作用力把夸克抓在一起形成強子,所以它的攜帶粒子很怪異地叫作膠子,因為它們很緊密地將夸克“粘”在一起。
色荷和電荷的行為並不同,膠子自己就是色荷,它很怪異,且不像光子一樣沒有電荷。
當夸克有色荷時,由夸克組成的合成粒子沒有淨色荷 (是色中性)。因此,強作用力只發生在非常小數量級的夸克作用力,這是為什麼在日常生活中不會察覺強作用力的存在。

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