《Deep down things》中关于自然界的四种力

这篇是《Deep down things》第二章的总结和摘录。
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说明:因为我不是学物理专业的,可能有些用词或理解有误,如果您发现错误的地方,请帮忙留言指正,谢谢!

第二章是介绍自然界中的四种力——Electromagnetic force, gravity, strong nuclear force and weak nuclear force。我把书中提到的"long ranged and short ranged"理解为力的“作用范围”。

电磁力 重力 强核作用力 弱核作用力
强弱
作用范围 NA

重力与电磁力的对比

两力都是和相距距离平方成反比。虽然我们更明显的感受到重力的作用(地球质量大),可是重力大约为电磁力的10的42次方之一,仍是弱的作用力。电磁力有正负之分,重力只有正的,没有负的。比如苹果落地时,总是掉地上的,而不是飞天上的。作者有句话提到目前就重力还未能解释清楚的一点,为什么大部分宇宙的特征是重力而非电磁力。(其实这句话我也不太懂,他是指天体作用力吗?)

强核作用力和夸克

作者是用in principle long ranged, in practice short ranged来形容核子间的作用范围的,也在这里第一次介绍了作为质子(proton)和中子(neutron)的组成粒子:夸克(quark)。并强调,夸克是基本粒子,但不是所有的基本粒子是夸克,比如轻子(lepton)也为基本粒子。

提到夸克,也提到了它的种类。我觉得有意思的地方是定义种类的用词,颜色力(color charge)和味道(different flavors of quark)。老公说用味道形容,可能因为夸克这个词原意是芝士,好像是发现它的物理学家用了一篇诗上“夸克”这个词,就这么起了个名。颜色分为红、绿和蓝,味道分为up, down, strange, charm, bottom, and up. 就这样组成了18种不同类型的夸克。

弱核作用力和正反物质

弱核作用力是最令粒子物理学家感兴趣的,作者的形容方式也很令我非常着迷——the maverick - the rebel - the violation of other laws,像是研究着一个特立独行者、反抗权威者、总爱和你作对的东西,越是着迷。作者也在这里第一次介绍了正反物质;我也把其中的一段话做个表格总结。

正物质 电子eletron 质子proton 氢原子hydrogen
反物质 正电子positron (1933年发现) 反质子antiproton (1955年发现) 反氢原子antihydrogen (1995年合成)

提到核弱作用力时,作者也简单的提到了同位旋(isospin),有正与负,带1/2的电子,这儿我就暂时理解不了了,希望作者在往后章节中继续介绍;或者网络牛人们可以抛个易懂的比喻?

最末,引用他的电磁力与弱核作用力比较的一句话,作者是位总结的高手。

**Electromagnetic force is almost everything we experience daily; weak nuclear force is almost nothing we experience daily. **

参考书籍
Schumm, Bruce A. Deep down things: The breathtaking beauty of particle physics. JHU Press, 2004.

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