四种基本相互作用力.doc

四种基本相互作用力：1，万有引力万有引力定律：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比计算公式两个可看作质点的物体之间的万有引力1可以用以下公式计算：=即万有引力等于引力常量乘以两物体质量的乘积除以它们距离的平方其中代表引力常量，其值约为的负次方单位为英国物理学家、化学家亨利卡文迪许通过扭秤实验测得万有引力的推导：若将行星的轨道近似的看成圆形，从开普勒第二定律可得行星运动的角速度是一定的，即：周期如果行星的质量是，离太阳的距离是，周期是，那么由运动方程式可得，行星受到的力的作用大小为（,另外，由开普勒第三定律可得常数那么沿太阳方向的力为（）=）由作用力和反作用力的关系可知，太阳也受到以上相同大小的力从太阳的角度看，（太阳的质量）（）（）是太阳受到沿行星方向的力因为是相同大小的力，由这两个式子比较可知，包含了太阳的质量，包含了行星的质量由此可知，这两个力与两个天体质量的乘积成正比，它称为万有引力如果引入一个新的常数（称万有引力常数），再考虑太阳和行星的质量，以及先前得出的，那么可以表示为万有引力两个通常物体之间的万有引力极其微小，我们察觉不到它，可以不予考虑。

比如，两个质量都是60千克的人，相距0.米5，他们之间的万有引力还不足百万分之一牛顿，而一只蚂蚁拖动细草梗的力竟是这个引力的100倍0！但是，天体系统中，由于天体的质量很大，万有引力就起着决定性的作用在天体中质量还算很小的地球，对其他的物体的万有引力已经具有巨大的影响，它把人类、大气和所有地面物体束缚在地球上，它使月球和人造地球卫星绕地球旋转而不离去重力，就是由于地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的但是需要注意的是，因为地球在自转，除了在南极北极端点，在地球上任意一点的物体，其重力并不等于万有引力此时可看作绕地球的向心力和重力合成万有引力由于绕地球自转的向心力远小于重力，故一般就认为重力就略等于万有引力了，其实重力是略小于万有引力的，只有在南北极物体绕地球自转的向心力为零时，重力才等于万有引力任意两个物体或两个粒子间的与其质量乘积相关的吸引力自然界中最普遍的力简称引力在粒子物理学中则称引力相互作用和强力、弱力、电磁力合称4种基本相互作用引力是其中最弱的一种，两个质子间的万有引力只有它们间的电磁力的1／103，5质子受地球的引力也只有它在一个不强的电场100伏0／米的电磁力的1／10。

10因此研究粒子间的作用或粒子在电子显微镜和加速器中运动时，都不考虑万有引力的作用一般物体之间的引力也是很小的，例如两个直径为1米的铁球，紧靠在一起时，引力也只有牛顿，相当于克的一小滴水的重量但地球的质量很大，这两个铁球分别受到牛顿的地球引力所以研究物体在地球引力场中的运动时，通常都不考虑周围其他物体的引力天体如太阳和地球的质量都很大，乘积就更大，巨大的引力就能使庞然大物绕太阳转动引力就成了支配天体运动的唯一的一种力恒星的形成，在高温状态下不弥散反而逐渐收缩，最后坍缩为白矮星、中子星和黑洞，也都是由于引力的作用，因此引力也是促使天体演化的重要因素万有引力的伟大意义1世7纪早期，人们已经能够区分很多力，比如摩擦力、重力、空气阻力、电力和人力等牛顿首次将这些看似不同的力准确地归结到万有引力概念里：苹果落地，人有体重，月亮围绕地球转，所有这些现象都是由相同原因引起的牛顿的万有引力定律简单易懂，涵盖面广牛顿的万有引力概念是所有科学中最实用的概念之一牛顿认为万有引力是所有物质的基本特征，这成为大部分物理科学的理论基石万有引力的发现过程在谈论万有引力发现的事件时，对于当时天文学及力学的发展情形也得有一些说明，才能了解当时代科学的背景，以及它是如何影响刺激牛顿发现万有引力。

万有引力被发现的原因牛顿发现万有引力的原因很多，主要因为一下几点1，科学发展的要求：牛顿之前，有很多天文学家在对宇宙中的星星进行观察经过几位天文学家的观察记录，到开普勒时，他对这些观测结果进行了分析总结，得到开普勒三定律：1所.有行星都绕太阳做椭圆运行，太阳在所有椭圆的公共焦点上2行.星的向径在相等的时间内扫过相等的面积的.所有行星轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等开普勒三定律是不容置疑的，但为什么会这样呢？是什么让它们做加速度不为零的运动？牛顿经过研究思考解决了这个问题：物体之间存在万有引力当然他发现万有引力定量是一个漫长而曲折的过程2，个人原因：牛顿发现万有引力定律，虽然是科学发展的要求，生产力发展的原因，但我们不能忽略牛顿本人的一些因素：聪明勤于思考拥有一定的知识量据《物理学史》说：牛顿在发现万有引力定律的那一段时间，废寝忘食（每天魂不守舍，在食堂吃饭，饭碗在前，他在发呆去食堂吃饭，却走错了方向一些老师在校园后的沙滩上散步时，看见了一些古怪的算式和符号）16年6，9他年仅27岁，就担任了剑桥的数学教授．没有知识哪能行啊?还有167年2当选为英国皇家学会会员．英国皇家学会不是一般人能进去的，那是科学研究中心，里面的都是一流的科学家。

万有引力是怎样被发现的16年66，2岁3的牛顿还是剑桥大学圣三一学院三年级的学生看到他白皙的皮肤和金色的长发，很多人以为他还是个孩子他身体瘦小，沉默寡言，性格严肃，这是人们更加相信他还是个孩子他那双锐利的眼睛和整天写满怒气的表情更是拒人于千里之外黑死病席卷了伦敦，夺走了很多人的生命，那确实是段可怕的日子大学被迫关闭，像艾萨克牛顿这样热衷于学术的人只好返回安全的乡村，期待着席卷城市的病魔早日离去在乡村的日子里，牛顿一直被这样的问题困惑：是什么力量驱使月球围绕地球转，地球围绕太阳转？为什么月球不会掉落到地球上？为什么地球不会掉落到太阳上？在随后的几年里，牛顿声称这种事情已经发生过坐在姐姐的果园里，牛顿听到熟悉的声音，“咚”的一声，一只苹果落到草地上他急忙转头观察第二只苹果落地第二只苹果从外伸的树枝上落下，在地上反弹了一下，静静地躺在草地上这只苹果肯定不是牛顿见到的第一只落地的苹果，当然第二只和第一只没有什么差别苹果落地虽没有给牛顿提供答案，但却激发这位年轻的科学家思考一个新问题：苹果会落地，而月球却不会掉落到地球上，苹果和月亮之间存在什么不同呢？第二天早晨，天气晴朗，牛顿看见小外甥正在玩小球。

他手上拴着一条皮筋，皮筋的另一端系着小球他先慢慢地摇摆小球，然后越来越快，最后小球就径直抛出牛顿猛地意识到月球和小球的运动极为相像两种力量作用于小球，这两种力量是向外的推动力和皮筋的拉力同样，也有两种力量作用于月球，即月球运行的推动力和重力的拉力正是在重力作用下，苹果才会落地牛顿首次认为，重力不仅仅是行星和恒星之间的作用力，有可能是普遍存在的吸引力他深信炼金术，认为物质之间相互吸引，这使他断言，相互吸引力不但适用于硕大的天体之间，而且适用于各种体积的物体之间苹果落地、雨滴降落和行星沿着轨道围绕太阳运行都是重力作用的结果人们普遍认为，适用于地球的自然定律与太空中的定律大相径庭牛顿的万有引力定律沉重打击了这一观点，它告诉人们，支配自然和宇宙的法则是很简单的牛顿推动了引力定律的发展，指出万有引力不仅仅是星体的特征，也是所有物体的特征作为所有最重要的科学定律之一，万有引力定律及其数学公式已成为整个物理学的基石图1卡文迪许实验示意图当然，当时牛顿提出了万有引力理论，却未能得出万有引力的公式，因为公式中的“实在太小了，因此他提出：-r直到年英国物理学家卡文迪许利用著名的卡文迪许扭秤（即卡文迪许实验）较精确地测出了引力恒量的数值。

万有引力的简单涵义牛顿并不是发现了重力，他是发现重力是「万有」的每个物体都会吸引其他物体，而这股引力的大小只跟物体的质量与物体间的距离有关牛顿的万有引力定律说明，每一个物体都吸引着其他每一个物体，而两个物体间的引力大小，正比于这它们的质量，会随著两物体中心连线距离的平方而递减牛顿为了证明只有球形体可把「球的总质量集中到球的质心点」来代表整个球的万有引力作用的总效果而发展了微积分然而不管距离地球多远，地球的重力永远不会变成零，即使你被带到宇宙的边缘，地球的重力还是会作用到你身上，虽然地球重力的作用可能会被你附近质量巨大的物体所掩盖，但它还是存在不管是多小还是多远，每一个物体都会受到引力作用，而且遍布整个太空，正如我们所说的「万有」量子力学的解释我们知道，由光子是物质的基本粒子来看，物质的构成本身没有意义，如果物质不能够与环境中的其它光子信息相互作用，它就不能将自己的能量、存在形式、表达给自然界，自己就是以纯暗物质的形式存在，尽管自己的寿命表现为无限长久，但是对环境、对自己没有意义，只有它不断与环境的其它光子信息相互作用光子能量，才能将自己的能量、质量表现出来，自己的光子信息才能变化，自己才能由生长到死亡，才能有自己存在的意义；这就是说任何物质，只要它存在，它就会不断地与环境中的其它光子信息相互作用，这样，物质的存在，各种作用力的存在，事实上，是通过自己周围的光子信息场完成的。

存在物质，是物质不断与环境作用光子信息能量,而表现自己的质量，当物质存在的时候，由于也要不断与环境的光子信息相互作用，这就不同程度地影响了周围的光子信息内容，从宏观的角度来看，是挡住了来自周围的光子信息，改变了周围的光子信息场，从大的方面来看，是来自于左方的光子信息能量要多一些，来自于的右方光子信息能量要少一些，宏观表现为对有一个作用力，这个作用力，是所有物质共有的，称为万有引力也可以说成是，由于的存在，导致了周围的光子信息力场的形状发生了变化，这个力场的形状发生了变化，本来没有的时候，物体是一种平衡状态，有了以后，光子信息的力场发生了变化，物体的作用力，由于平衡变成了不平衡，人们自然会说，这是物体存在的结果，是物体对的作用力四种基本相互作用力的完全统一理论的解释：万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力这四种作用力是统一的，它们都是由一种基本粒子的振动波来传递的，只是波的形式不同任一质点（物质）都使与其碰撞的这种基本粒子径向振动的动量减少（波长拉长）并向外传递形成（万有）引力场；电子（电荷）使与其碰撞的这种基本粒子径向振动的横向上增加动量并向外传递形成静电场；运动的电荷（电流）使与其碰撞的这种基本粒子在原径向振动状态上增加了两个垂直其径向方向的动量并向外传递形成电磁场；强相互作用力、弱相互作用力是这种基本粒子径向振动对粒子产生的压力与电磁力、引力的共同作用。

任意两质点（由基本粒子构成的物质）在各方向上都受到力基子的碰撞，碰撞的频率非常高，因质点的质量远远大于力基子的质量，其中有一些力基子在非常短的时间内会被挤帖在质点上（可以又被挤掉重新受到力基子的碰撞获得动量），于是质点周围的力基子波的波长被拉长，碰撞频率降低，压力降低在质点外侧两质点距离以外的地方，力基子波的频率大于内侧频率，所以内侧压力小于外侧压力，表现两质点相互吸引，即万有引力引力的大小与两质点的质量之积成正比与其之间距离的平方成反比（力基子波在两质点之间连线上碰撞传递时，每一次传递都受到系统能量的恢复使波长逐渐增加，可通过积分计算出与其之间距离的平方成反比）力基子之间不吸引，原因为它是最小的、质量相等的基本粒子，只能通过相互碰撞运动传递能量（力），不吸收能量，除非把它压成一个更大的结构粒子质量大的物体“吸收”力基子波的能量大，它周围的压力比质量小的物体周围压力更低，所以一大一小两物体在引力的作用下，小质量物体比大质量物体相向运动速度快，符合公式相对论的解释其实引力是不存在的或者说引力只是这种现象的一种解释而已它不同于其他力引力”其实是时空扭曲的表现，举一个二维的例子：一张绷直的。