很多科普书说,相互作用就像两个人在扔球。我扔球的时候,向后一仰。你接住球以后,也向后一仰。
如果有个眼神不好的人站在远处看,他看不到球,就会以为,我隔空朝你施加了一个力,你朝我施加了一个反作用力。
所以,粒子就是通过朝其他粒子扔球来施加作用力的。这里说的扔球和接球的过程,都属于相互作用。
这个比喻很巧妙,但有个地方它没有说清楚。就是这个球,是一个粒子,也具有波粒二象性。所以,我们扔出去的其实是一朵粒子云。
你别忘了,我和你也是粒子,所以我们俩也是两朵云。如果你把自己缩小到量子尺度,就会发现两个粒子之间的相互作用,本质上就是两朵云,在不断发出和吸收第三朵云。
那么这第三朵云是什么呢?有的云可以拆分,我们就继续往下拆。当我们把所有的云拆到底层,不能继续拆分时,就会发现只剩下三种不同的云,分别对应三种不同的基本相互作用。
按照从强到弱的顺序,排第一是的强相互作用,它一共会扔八种不同的云,这些云都叫作胶子。有了它,原子核里的质子、中子才能稳定地存在。
强相互作用的作用距离很短,只在原子核内起作用,出了原子核就没效果了。所以我们平时感觉不到。
排第二的是电磁相互作用,它扔的云你应该很熟悉了,叫光子,就是我们前面提到,物理学家总拿它做实验的那个光子。
它贡献了我们平时听说的化学键、分子间作用力,以及各种宏观世界的力,比如表面张力,静电力,磁力等等。电磁力的作用距离很远,我们平时经常感觉到。
排第三的是弱相互作用,它会扔三种云,分别叫W+,W-和Z0玻色子。弱相互作用也只在原子核内有效,而且强度很弱,似乎没有什么存在感。但其实,弱相互作用很重要。
你可能听说过粒子物理学里有个概念叫“标准模型”。通俗地说,标准模型说明白了两件事,一件事是“世界上一共有多少种粒子”,一件事是“每种粒子之间会如何相互作用”。
这两件事合起来,就说明白了构造我们世界的底层逻辑是什么样的。但如果没有弱相互作用,标准模型中的粒子,就会少将近一半,相当于构造世界的底层逻辑完全变了。
这三种相互作用加上万有引力,就是世界的四大基本相互作用。但量子力学在说到基本相互作用时,只能解释清楚其中的三个。
就目前来说,万有引力还是广义相对论负责解释的,而量子力学和广义相对论这两套理论,还没有统一。