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四種基本力(相互作用)

強相互作用力、弱相互作用力、電磁力、萬有引力。

強相互作用力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。一般認為，稱為膠子的一種自旋為1的粒子攜帶強作用力。它只能與自身以及與夸克相互作用。

弱相互作用力(弱核力)制約著放射性現象，并只作用于自旋為1/2的物質粒子，而對諸如光子、引力子等自旋為0、1或2的粒子不起作用。

電磁力作用于帶電荷的粒子(例如電子和夸克)之間，但不和不帶電荷的粒子(例如引力子)相互作用。它比引力強得多：兩個電子之間的電磁力比引力大約大10^42倍。然而，共有兩種電荷——正電荷和負電荷，同種電荷之間的力是互相排斥的，而異種電荷則互相吸引。

引力是萬有的，也就是說，每一粒子都因它的質量或能量而感受到引力。引力比其他三種力都弱得多。它是如此之弱，以致于若不是它具有兩個特別的性質，我們根本就不可能注意到它。這就是，它會作用到非常大的距離去，并且總是吸引的。

“直到1967年倫敦帝國學院的阿伯達斯·薩拉姆和哈佛的史蒂芬·溫伯格提出了弱作用和電磁作用的統一理論后，弱作用才被很好地理解。此舉在物理學界所引起的震動，可與100年前馬克斯韋統一了電學和磁學并駕齊驅。溫伯格——薩拉姆理論認為，除了光子，還存在其他3個自旋為1的被統稱作重矢量玻色子的粒子，它們攜帶弱力。它們叫W+(W正)、W-(W負)和Z0(Z零)，每一個具有大約100吉電子伏的質量(1吉電子伏為10億電子伏)。上述理論展現了稱作自發對稱破缺的性質。它表明在低能量下一些看起來完全不同的粒子，事實上只是同一類型粒子的不同狀態。在高能量下所有這些粒子都有相似的行為。這個效應和輪賭盤上的輪賭球的行為相類似。在高能量下(當這輪子轉得很快時)，這球的行為基本上只有一個方式——即不斷地滾動著;但是當輪子慢下來時，球的能量就減少了，最終球就陷到輪子上的37個槽中的一個里面去。換言之，在低能下球可以存在于37個不同的狀態。如果由于某種原因，我們只能在低能下觀察球，我們就會認為存在37種不同類型的球!

“在溫伯格——薩拉姆理論中，當能量遠遠超過100吉電子伏時，這三種新粒子和光子的行為方式很相似。但是，大部份正常情況下能量要比這低，粒子之間的對稱就被破壞了。W+、W-和Z0得到了大的質量，使之攜帶的力變成非常短程。薩拉姆和溫伯格提出此理論時，很少人相信他們，因為還無法將粒子加速到足以達到產生實的W+、W-和Z0粒子所需的一百吉電子伏的能量。但在此后的十幾年里，在低能量下這個理論的其他預言和實驗符合得這樣好，以至于他們和也在哈佛的謝爾登·格拉肖一起被授予1979年的物理諾貝爾獎。格拉肖提出過一個類似的統一電磁和弱作用的理論。由于1983年在CERN(歐洲核子研究中心)發現了具有被正確預言的質量和其他性質的光子的三個帶質量的伴侶，使得諾貝爾委員會避免了犯錯誤的難堪。”

以上四種基本力的解釋及介紹強力、弱力和電磁力統一理論的文字均引用自史蒂芬·霍金著《時間簡史》一書。

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（責任編輯：xy）

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