力的本質是什麼？

相互作用力是什麼力

我們在生活中對力有很多的命名，例如拉力、推力、重力、摩擦力等等。但實質上這個宇宙中只有四種基本力（基本相互作用）：強相互作用力、電磁力、弱相互作用力和引力。現在觀測到的所有物理現象都可以用這四種基本相互作用來解釋。

圖：氦原子示意圖，強相互作用力將兩個質子和兩個中子捆綁在一起

強相互作用力是作用於強子（由夸克或反夸克組成）之間的力。它能抵抗質子間的電磁力的排斥作用（同性相斥），將質子和中子牢牢聚合在一起；也將夸克綁在一起形成質子和中子等強子。它的作用範圍也十分短，是第二短的作用力，只有約為10∧-15 m ，只能在原子核內部產生作用。強相互作用力是由膠子傳遞的。

弱相互作用力是引起亞原子粒子（比原子還小的粒子，如：質子、中子等）發生衰變的作用力。它的作用範圍是最短的。弱相互作用力是由W及Z玻色子的交換（即發射及吸收）所引起的。只有它不會產生束縛力。“弱”是指它比相互作用力和電磁力低幾個數量級。它還會使夸克變“味”，破壞宇稱對稱及CP對稱。

圖：貝塔衰變，由弱相互作用力引起

電磁力是帶電粒子處於電場、磁場或電磁場中受到的一種作用力。由光子為媒介傳遞電磁力。它將電子束縛在原子核周圍形成原子。將原子結合在一起的形成了分子。也是由它將分子結合在一起形成了物體。我們拿起一個蘋果，所需要的摩擦力本質上就是電磁力。

圖：電磁力

引力是具有質量的物體間的相互作用力。它是四種作用力中最弱的一種力，如此大的一個地球所產生的引力還無法將一個細繩拉斷，從這就可以看出它比其他基本力要弱很多個數量級。但引力的作用範圍是無窮遠的。科學家們甚至能透過鐳射干涉引力波天文臺（LIGO）觀測到距離地球約13億光年處的兩個質量分別為36太陽質量與29太陽質量的黑洞併合所產生的引力波。

圖：引力作用下的天體

引力雖然時時刻刻都被我們感受到，但它卻是最神秘的一種力，其他三種力產生的機制已經透過傳遞相對作用的規範玻色子的理論加以解釋，並得到實驗驗證。傳遞引力的引力子卻沒有被找到。

引力子被認為是一種基本粒子，可能是一種自旋為2、質量為零、不帶電荷的玻色子。為了傳遞引力，引力子必須永遠相吸、作用範圍無限遠及以無限多的型態出現。但這一切還沒能在實驗中發現。但引力子被認為可能與希格斯玻色子（上帝粒子）有關，因為希格斯玻色子是產生質量的根源。

目前成功解釋引力的只能是發表於100多年前的廣義相對論，它認為引力是質量彎曲空間產生的現象。牛頓的萬有引力定律只是在普通環境下對相對論的近似結果。

廣義相對論對引力的解釋

如果能將四種基本作用力統一起來形成“萬有理論”，人類的文明將邁上一個新的臺階。