自然界存在着四种基本作用力,分别是强力,弱力,电磁力和引力。这四大基本作用力都是靠基本粒子来传递的。
磁铁产生的磁力就属于电磁力,它是目前人类研究最透彻的基本力,也是人们日常生活中最常见的力。
电磁力的本质是电荷,带电粒子与电磁场相互作用而产生的力。具体是如何产生的呢?
电磁力是通过光子来传播的,也就是说,光子是电磁力的传播子。不过这里的“光子”与我们平时所说的“光子”并不一样,严格来讲是“虚光子”,而不是我们平时看到的实光子。虚光子我们是看不到的,也不能直接观测到,只能通过间接的方式确实它的存在。
需要用量子力学来解释。根据量子力学的不确定性,虚光子可以通过“赊借”能量的方式衍生出来,只要整个过程时间足够短,大自然就不反对这一切的发生。
因为时间和能量满足不确定性原理,两者的不确定性不能为零,必须不小于一个常数。这意味着只要时间足够短,就能赊借足够多的能量,虚光子就是这样衍生出来的。
衍生出来的虚光子并不违反能量守恒定律,满足不确定性的虚光子会在瞬间湮灭,从而归还赊借的能量。
一个带电粒子就是通过这种方式产生虚光子的。当虚光子产生之后,就会被附近的其他带电粒子吸收,这就相当于其他带电粒子偿还了第一个带电粒子“赊借”的能量,相当于能量的转移,而不是无中生有。
量子力学的不确定性原理就会避免这种情况发生,不会违反能量守恒定律。前提是衍生出来的虚光子能在足够短的时间被吸收,由于这个过程非常短,所以我们并不能探测到虚光子的存在,因此它们也被称为“虚光子”,好像虚无缥缈的幽灵一样,若隐若现。
与引力一样,电磁力也属于长程力,理论上作用距离无限远,电磁力大小与距离成反比。引力和电磁力都属于宏观基本力,而强力和弱力属于微观作用力,都体现在微观世界。
从基本作用力的大小来讲,电磁力是第二强的力,仅次于强力。最弱的力是引力,而弱力排行第三。
你可能会有疑问:引力怎么会比电磁力弱这么多呢?引力甚至能把地球稳稳地束缚在固定的轨道上,怎么会是最弱的力呢?
举个例子就明白了,我们可以非常轻松地举起一岁大的婴儿,但你知道吗?你向上托举婴儿的过程,其实是在对抗整个地球对婴儿的引力。也就是说,我们一个人的力量就足以对抗整个地球对婴儿的引力,这下能看出引力有多弱了吧?