浅析自然界的四大基本力

韩晨旭

摘要：自然界的四大基本力包括万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力，这些作用力有一个共同之处，那就是存在一定的领域中，这个领域成为场。四大基本力是物理力学体系中最基础的内容，任何对物理力学的认知以及对知识框架和体系的构建都需要深入了解和研究这四大基本力。许多高中生对力的概念和原理一知半解，不知从何下手，无法构建力学的知识框架和体系，也就难以提高自身的物理水平。事實上，他们必须要对这些书本上没有提及的概念作一个详细的了解，结合自己的理解和认知弄清楚力的本质。文章基于高中生的视角，以全面化客观化的角度思考问题，对自然界的四大基本力作一个浅析。

关键词：自然界；四大基本力；高中生视角；力的原理

自然界四大基本力的强度从低到高排序分别为万有引力，弱力，电磁力强力。根据科学研究成果将这些基本力的相对强度用数值表示：假设万有引力为1，则弱力为1025、电磁力为1036、强力为1038。这些基本力相差极其悬殊，是宇宙中广泛存在的力，也是最基本的力的形势，事实上这些力都不能够再拆分或是简化为其他形势的力，具有唯一性。

一、自然界四大基本力的定义与概念

整个物理学史上，物理学家们对于力学的研究可谓是相当狂热，“‘力和‘力的原理究竟是什么”是物理学家们一直致力于弄懂的永恒课题。遗憾的是，尽管牛顿力学体系和经典力学体系建立以来，人们对力的研究和认知达到了一个新的高度，却也还有许多问题未能够得到有效解决。物理学家们想要解决这些问题，主张通过进一步深入了解这四种自然界的基本力，通过对这些概念和性质以及相关原理进一步了解，得出更具有价值的物理力学研究成果。自然四大基本力的定义和概念较多，以下无法一一详尽，只能分为四个部分作为分析以供参考：

1.强相互作用力。强相互作用力也被称之为“强力”或者“强核力”，其基本力的作用强度最强，作用距离最短，是维系微观世界平衡的一种重要作用力。事实上，强力是指强子之间的相互作用力，而强子则是粒子物理学中的概念，是它由夸克和反夸克组成的，而将夸克连在一起的是量子色动力学中被称为胶子的粒子，强子则是这些粒子连结的产物。有趣的是，强力的作用力大小跟距离的关系并不成正比，是以反比的形势存在，距离越短，强力越小，这种作用力还需要物理学家们进行深入地研究。

2.弱相互作用力。弱相互作用力也被称之为“弱力”和“弱核力”，它的定义和概念指的是造成放射性原子核或自由中子衰变的短程力，事实上，在宇宙中能量是守恒的，之所以会产生光能，热能以及核能是因为原子核的放射或者聚变产生的能量溢出。弱相互作用力很好地解释了为何会有放射的现象发生，也表明了一些粒子自身具备能量的事实。与强相互作用力相同的是，它的大小与距离息息相关，不同的是，它的大小与距离呈反比，一旦距离稍微变长，这种力几乎就不存在了。

3.电磁力。电磁力是指单个电荷或是一群运动电荷（电流）在磁场中受到的作用力。电磁力尽管仍然属于微观世界的领域，然而却能够被人们以实现的形式被肉眼清晰观察得知。电磁力存在的条件是磁场，没有磁场无法产生电磁力，电磁力最大的特点是永不做功，在磁场运动的电荷不会获得磁场中的能量，但会发生一系列的偏移。电磁力能够在生活中广泛运用，因为人们可以大量获得磁场，也能够对导管进行通电，将运动电流移入磁场。

4.万有引力。万有引力是存在最广泛也是最用强度最小的一种力，普遍存在于宇宙之中，只要能够被定义为物质的物体都会存在万有引力。对于有质量的物体，万有引力是普遍存在的，然而需要注意的是，万有引力是一种相互作用力，因此在万有引力的对象必须是两个不同的物体。万有引力的强度与距离和物体质量有关，一旦距离过大就会变得无比微弱，尽管它是四种基本力中最微弱的，但却能够维系着宇宙，时间和空间的平衡，具有极为重要的意义。

二、四大基本力的运用

自然界的四大基本力在人们的工业生产和日常生活中有着较为广泛的运用，极大促进的生产力的发展和高端领域的研发，还为人们的日常生活带来许多的便利，影响并改造了人们的生活方式。这四种基本力在多方面全方位影响着人们的生活价，表现在多个方面，在此无法一一详尽，只能通过以下三个案例进行分析说明：

1.强核力和弱核力的运用

强核力和弱核力都属于微观物质之间的相互作用力，主要运用于物理学微观领域中的研究。强核力的作用将质子和中子中的夸克束缚在一起，并将原子中的质子和中子束缚在一起，因此在微观研究中可以通过人为地制造与强核力大小相近的力从而将质子和夸克进行分开，研究单独的结构。弱核力的作用是造成原子的放射和中子的衰变，物理学家根据这个特点可从放射程度或是衰变程度中获得其微粒或物质存在的年限。这两种力更多是作为物理学领域的研究，属于微观领域的常见力，尽管在自然界的物质组成中具有极为重要的作用，但目前人类还是难以运用。

2.电磁力的运用

电磁力会给磁场中的运动电荷或者是通电导体一个作用力，因此在生活中运用是极为广泛的。在如今科技较为发达的情况下，高强度的电流和高强度的磁场是非常容易获得的，因此人们也利用电磁力获得能源，让一些运动的物体获得动能。现实中几乎所有的电动机都是靠磁力驱动的，此外而一些静电仪器、电子管器件、静电除尘装置等，则是以静电力来实现其功能。电磁力的运用广泛也侧面说明了电磁力是一种较为理想和容易操控的一种力。

3.万有引力的运用

万有引力发现以来，天文学与航天工程不断地发展与完善，人类从对地球的初步探索进入到了外太空。在高中物理力学体系中，万有引力被发现以及奠定时，人们通过万有引力公司计算出了逃逸速度，由此不断发展，为火箭提供充足的动能，使其脱离地球引力飞向外太空。物理力学在航天工程中应用极为广泛，但最主要的是提供了理论依据，让人们获得了探索世界的基础知识。

综上所述，自然界的四大基本力包括万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力，这些力是物理力学的重要理论和概念。现实生活中强力和弱力几乎难以运用，但电磁力和万有引力却为人们的日常生活带来了巨大的便利。

参考文献：

[1]王汰非.基本力统一理论[J].青海大学学报（自然科学版）.2010-03-01