通过对微观世界的不断探索,科学家们发现自然界存在四种基本作用力,分别是强力,弱力,电磁力和引力。
首先来说最强的作用力,强力。其实从名字就能看出来,强力是非常强大的,如果强力的大小是1,那么排名第二的电磁力只有173分之一,第三的弱力为10的负15次方,最弱的引力只有10的负39分之一。
假设我们想把原子核揉碎,就需要克服强大的强力,目前来看方法只有两种。
第一,利用强大的粒子对撞机,让两束粒子以非常接近光速的速度发生碰撞,碰撞瞬间产生超强的能量,足以敲开原子的外壳,如此这样两个核子就能融合在一起,形成新的物质。
第二,就是我们经常说的核聚变,在极度高温高压下,原子外围的电子会成为自由电子,然后不同的核子之间会发生融合,突破强力的作用形成新物质。
这个过程就相当于把核子“掰开”,进行重新组合,而“掰开”原子核需要克服的就是强力,需要极其强大的外部能量才能做到。
强力作用只会表现在非常小的尺度,需要在10的负15次方米的范围内,才能起作用,因此日常生活中我们根本感受不到强力的影响。
弱力
相比强力,弱力的作用距离更短,只有在电子,中微子,夸克层面才能发生作用,因此我们在宏观世界也不能看到弱力的存在。
电磁力
电磁力是我们现实生活中最常见的力。除了引力之外,我们能感受到的力,全部都是电磁力,比如说摩擦力,弹力,机械力,还有电波声波等,本质上都是电磁力。
最后就是引力。
上物理课上我们都学过引力,牛顿在几百年前就提出了伟大的万有引力定律,认为任何两个物种之间都存在引力。不过对于引力的本质,爱因斯坦有着不同的看法,他认为引力并不是一种力,只是时空弯曲的结果而已。
毫无疑问,引力是四种基本作用力中最弱的力,从两个方面可以明显看出来。
第一,在分子原子等微观层面,相比较其他三种力,引力作用几乎完全可以忽略不计,几乎不会带来任何影响。
第二,即便是在宏观世界,我们可以轻松对抗引力。比如说成年人可以轻松举起一个婴儿,要知道,你在完成这个动作的时候,是在对抗整个地球对婴儿的引力。
不过,引力虽然很微弱,却有一个致命的“杀手锏”,引力的作用范围可以延伸到无限远。也就是说,不管距离有多远,两个物体都会产生引力,引力强度与物体的质量成正比。
这就表明,只要让质量不断累积,虽然微弱的引力也可以非常大,甚至可以无限大。
理论上讲,任何物体只要被浓缩在自己的史瓦西半径内,都可以凭借引力作用坍缩为一个黑洞。那么,具体是如何坍缩为黑洞的呢?
黑洞,通常都是大质量恒星在死亡过程中,无限向内坍缩形成的。具体来讲是这样的。
在生命周期内,恒星都能保持稳定,这是因为恒星自身的引力,与核聚变产生的巨大外推力一直保持微秒的平衡,让恒星既不会因引力作用迅速向内坍缩,也不会因核聚变爆炸成“碎片”,这也是太阳等恒星能保持数十亿年稳定的原因所在。
不过,随着恒星氢燃料的逐渐减少,核聚变的威力开始下降,引力开始占据上风。而一旦核聚变完全停止,引力就是彻底占据主导作用,恒星物质开始急剧向内坍缩,但通常并不会无限向内坍缩。
这是因为“电子简并压”和“中子简并压”的存在,这两种力量通常会对抗引力,让引力不会无限向内坍缩。这两种力量到底是什么呢?
而中子之间存在更强大的“中子简并压”,阻止引力造成的进一步坍缩。但是刚才讲了,只要物体的质量足够大,就会形成足够大的引力。因此只要恒星质量足够大,中子简并压也不是引力的对手,结果就是所有的中子被无限压缩,最终压缩到一个体积无效小的空间内,所谓的“奇点”,也就是黑洞。
这就是引力作用力产生的黑洞。引力虽然微弱,但架不住质量足够大,就可以形成足够强大的引力,诞生出黑洞这样诡异的天体。
最后,也有科学家猜测,引力之所以如此微弱,有可能是部分引力泄漏到了高维度空间,而这种猜测也被应用到了著名科幻电影《星际穿越》里,男主人公在五维度时空可以通过引力与女儿“交流”!
不过,有关高维度的概念目前更多的还是猜测,并没有在实验中证实。
完!