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他提出了一個定量的引力公式,即萬有引力定律,通過引入質(zhì)量和距離的概念,量化了物體之間的相互吸引力,這一公式的應(yīng)用范圍廣泛,不僅僅適用于地球上的物體,還能夠解釋整個宇宙的運(yùn)行,不過牛頓的萬有引力定律并非最終的定論,隨著科學(xué)的進(jìn)步,愛因斯坦的廣義相對論在20世紀(jì)初提出,對引力的理解提供了全新的解釋,愛因斯坦指出,引力并非自然界的力,只是由于質(zhì)量從而導(dǎo)致的時空彎曲,是一種幾何現(xiàn)象,其程度會隨著質(zhì)量的增大而增強(qiáng)。按照愛因斯坦的解釋,引力其實(shí)是不存在的,他只是時空彎曲的一種表象,在1919年日全食的時候,科學(xué)家分別在不同的地方進(jìn)行了觀測,最終得出的結(jié)果和愛因斯坦預(yù)測的是一樣的。 愛因斯坦認(rèn)為,質(zhì)量才是引力的根本,這就像是一塊石頭丟進(jìn)水里,就會產(chǎn)生漣漪或者旋渦,由此影響周圍的物質(zhì),這種擾動表現(xiàn)出的現(xiàn)象就是時空旋渦,這種旋渦會影響在這個范圍物體的運(yùn)動,產(chǎn)生相互掉進(jìn)對方陷阱的現(xiàn)象,我們看到的就是物體的相互吸引,這其實(shí)就是引力,一般來說,質(zhì)量小的物體引力非常微弱,因此一般很難表現(xiàn)和測量出來,到了大質(zhì)量的天體,時空漩渦就會越猛烈,小的物體經(jīng)過時就會掉入這個漩渦,看上去就被大天體吸引過去了,研究引力不僅僅能夠加深人類對自然界重要法則的理解,還能夠推進(jìn)相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用技術(shù),對人類的發(fā)展意義深遠(yuǎn)。 第二種力就是電磁力,電磁力是一種作用于帶電粒子之間的力,也稱為洛倫茲力。它是由電荷的相互作用而產(chǎn)生的,異性電荷之間相互吸引,同性電荷之間相互排斥。電荷的大小決定了粒子之間電磁力的強(qiáng)度,電荷越高,電磁力越強(qiáng)。而且即使兩個帶電粒子相隔無限遠(yuǎn),它們之間的電磁力仍然存在,只是會非常非常的微弱。電荷是基本粒子的內(nèi)秉性質(zhì)。只有帶電粒子或帶電物質(zhì)(帶有凈電荷的物質(zhì))才能夠感受到電磁力,也只有帶電粒子或帶電物質(zhì)才能夠形成電場、磁場或電磁場來影響其它帶電粒子或帶電物質(zhì)。在1905年愛因斯坦預(yù)言后被證實(shí),其作用范圍無限遠(yuǎn)。相對于我們生活中,比較容易感覺到的引力相比,電磁力非常神秘,我們看不見也摸不著。 偉大的麥克斯韋實(shí)現(xiàn)了電力和磁力的統(tǒng)一,實(shí)現(xiàn)了一次科學(xué)大飛躍,電力和磁力統(tǒng)稱為電磁力:運(yùn)動的電荷相互間除了有電力作用之外,還有磁力的作用,光子是傳遞電磁力的媒介,磁力實(shí)際上是電力的一種表現(xiàn),在我們的生活中,遇到的大部分力是電磁力的表現(xiàn),第三種力就是強(qiáng)相互作用力,這是一種只在微觀尺度上起作用的基本力,它可以使夸克之間產(chǎn)生強(qiáng)大的吸引作用,進(jìn)而形成像中子、質(zhì)子這樣的復(fù)合粒子,這種由強(qiáng)相互作用力形成的復(fù)合粒子被稱為強(qiáng)子(hadron),除了形成強(qiáng)子之外,強(qiáng)相互作用力還有一個殘余效應(yīng),這種效應(yīng)使得質(zhì)子和中子之間也會產(chǎn)生強(qiáng)大的吸引作用,進(jìn)而形成原子核。強(qiáng)相互作用力發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)中期,科學(xué)家在利用粒子加速器將高能粒子撞擊原子核的時候發(fā)現(xiàn)的。 在被撞碎的原子核的碎片中,不但存在質(zhì)子和中子,還存在著一些其他類型的粒子,并且這些粒子的壽命非常短暫,它們很快就會發(fā)生衰變,于是科學(xué)家推測,這些粒子是由更小的基本粒子組成的,這種基本粒子就是夸克,強(qiáng)相互作用力有一個特點(diǎn),那就是在其作用范圍內(nèi),它會隨著距離的增大而迅速增強(qiáng),也會隨著距離的減小而迅速減弱,這被稱為“漸進(jìn)自由”。這種現(xiàn)象就會導(dǎo)致想要將兩個夸克彼此分開,就必須輸入很高的能量,而且能量大到足以將兩個夸克徹底分離之前,輸入的能量就足以激發(fā)出一對新的夸克,這時候舊的夸克還沒有分開,新的夸克就已經(jīng)誕生了,在此之后,舊的夸克和新的夸克又會快速的結(jié)合在一起,進(jìn)而形成兩對夸克。 第四種力就是弱相互作用力,這種基本作用力發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)初,當(dāng)時的科學(xué)家觀察到,一些具有放射性的元素會自發(fā)地發(fā)射出電子或正電子等粒子,并使得原子核發(fā)生變化,這種現(xiàn)象被稱為“β衰變”,在此之后,科學(xué)家逐漸意識到,造成“β衰變”的是一種新的基本力,并將其稱為弱相互作用力。其機(jī)理是這樣的,原子核內(nèi)的質(zhì)子在弱力的作用下,質(zhì)子內(nèi)的一個上夸克變成了下夸克,這個質(zhì)子就不帶電了,變成了中子(質(zhì)子、中子和夸克的關(guān)系老妖會再寫一篇文章解釋),同時這個過程會釋放出一個W玻色子,但這個W玻色子的壽命非常非常短暫,它很快會衰變成釋放出一個正電子和一個電子中微子,這叫“正β衰變”,也就是說在弱相互作用下,一個質(zhì)子變成了中子。 弱力和強(qiáng)力一樣,都是微觀尺度的力,首先它是真的弱,在有作用時,其力度也只有牛,是僅次于引力的第二弱的力。從人類發(fā)現(xiàn)四種基本作用力之后,人類利用這四種基本作用力解開了宇宙中很多的奧秘,但是即便如此,在我們的宇宙中,依然存在很多人類無法解釋的奧秘,難道說宇宙中還存在其它的基本力?在2016年的時候,匈牙利科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了一種未知的粒子,他們對研究結(jié)果進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn),這種粒子很可能就是自然界中存在的第五種力,2016年一個匈牙利的研究小組通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),用一束強(qiáng)烈的質(zhì)子束去轟擊了鋰-7靶,鋰-7粒子會變?yōu)殁?8粒子,并同時放出正負(fù)電子對,但是觀測到的電子對比理論預(yù)期要多,這一現(xiàn)象無法被常規(guī)的粒子物理學(xué)解釋。 科學(xué)家認(rèn)為存在一種新粒子,質(zhì)量大致為電子質(zhì)量的32.7倍,或質(zhì)子質(zhì)量的2%,導(dǎo)致了這一反?,F(xiàn)象,美國加州大學(xué)爾灣分校(UCI)研究團(tuán)隊(duì)對匈牙利科學(xué)家的數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),新發(fā)現(xiàn)的粒子僅同電子和中子相互作用,且作用范圍十分有限,相互作用非常微弱,這有可能就是人們一直在尋找的第五種力。第五種力一直被視為能夠解釋宇宙奧秘的關(guān)鍵,宇宙的演化是數(shù)億年來人類的未解之謎,雖然現(xiàn)在科學(xué)界普遍認(rèn)為宇宙誕生于138億年前的大爆炸,在138億年前,有一顆奇點(diǎn)發(fā)生了爆炸,奇點(diǎn)是一個質(zhì)量無限大、能量無限大、熱量無限大、密度無限大、體積無限小的點(diǎn),這個點(diǎn)爆炸以后,我們的宇宙快速的向四周膨脹,經(jīng)過138億年的時間,宇宙才膨脹成我們現(xiàn)在所看到的樣子。 宇宙大爆炸理論基本沒有問題,但是也存在一些缺陷,如果利用目前人類已知的四大基本作用力來解釋宇宙的演化,還無法自圓其說,所以科學(xué)家認(rèn)為,宇宙中應(yīng)該還隱藏著一種基本作用力,而這個基本作用力也許能夠解釋宇宙中的暗物質(zhì)和暗能量,暗物質(zhì)和暗能量在很早的時候就被科學(xué)家提出來了,科學(xué)家認(rèn)為,在我們的宇宙中,應(yīng)該存在一種我們看不見也摸不著的神秘物質(zhì),這種物質(zhì)就是暗物質(zhì),它不會和其它任何物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),而這種物質(zhì)能夠釋放出一種非常強(qiáng)大的能量,這種能量就是暗能量,暗能量不僅僅能夠推動宇宙的膨脹,還能夠控制天體之間的運(yùn)動,我們的天體之所以能夠穩(wěn)定的在宇宙中運(yùn)動,除了受到引力的影響之外,還受到了暗能量的影響。 不過到現(xiàn)在為止,科學(xué)家還沒有找到暗物質(zhì)和暗能量,對于它們科學(xué)家也只是猜測,或許只要我們能夠找到第五種基本作用力,科學(xué)家就能夠發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)和暗能量,為了尋找第五種基本作用力,科學(xué)家們也做了很多努力,在2022年中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰院士團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)黃璞教授、何建華副教授等組成的聯(lián)合研究組,對一種重要的暗能量理論——變色龍理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)該理論預(yù)言的“第五種力”,從而排除了其作為暗能量的可能,這是所有暗能量理論中首個確定性的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。變色龍理論是指傳遞力的粒子會根據(jù)周圍環(huán)境的物質(zhì)密度而改變其質(zhì)量,從而改變其強(qiáng)度和作用范圍,在質(zhì)量大的地方,作用范圍就小,在星系之間質(zhì)量小的地方,作用范圍就大,假如它恰好是斥力,就可以解釋宇宙為何加速膨脹。 尋找第五種基本作用力不僅僅能夠讓人類的科技有很大的提升,它或許還是統(tǒng)一相對論和量子力學(xué)的關(guān)鍵,在四種基本作用力中,相對論能夠很好的解釋引力,但是無法解釋電磁力、強(qiáng)相互作用力和弱相互作用力,而量子力學(xué)能夠解釋電磁力、強(qiáng)相互作用力和弱相互作用力,但是卻無法解釋引力,既然宇宙中存在這些基本作用力,那么就說明,只需要一種理論,就能夠?qū)⑦@些基本作用力全部解釋清楚,如果無法解釋清楚,那么就說明人類提出的理論還存在一定的缺陷,這也是科學(xué)家一直在尋找第五種基本作用力的原因,想要徹底解開宇宙的奧秘,人類必須將宇宙中所有的基本作用力全部解開,這樣才有可能解開宇宙誕生的奧秘,小編希望人類能夠早日實(shí)現(xiàn)自己的夢想,對此,大家有什么想說的嗎? |
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