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如果你要問物理學(xué)是做什么的,？可能有人會這么回答你， 物理學(xué)是一門研究物質(zhì)和作用于物質(zhì)之間的力,，以此來理解自然現(xiàn)象的學(xué)科,。 如果你是個喜歡問“為什么”的人，那很有可能接下來就會問“力是什么,？” 其實這在經(jīng)典物理學(xué)是一個很終極的問題,，最早給出關(guān)于“力”的定義的是牛頓。  他在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》當(dāng)中,，做了大量的定義,，第一個是定義了質(zhì)量，而第二個定義的就是“力”,。他認(rèn)為： 力是改變物體運動狀態(tài)的原因,。 如果沒有力的作用，物體原來啥樣,，之后還啥樣,。如果有力的作用，物體的運動狀態(tài)就有可能會發(fā)生改變,。 這其實看起來并沒有什么問題,，但隨著時代的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步,?？茖W(xué)家逐漸發(fā)現(xiàn)，這樣的定義并不完整,。我們來舉個例子,，比如：銫-137在弱力的作用下，發(fā)生衰變,，原子核內(nèi)一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子,，并且釋放出β射線。  在這個過程中,，力只是改變了粒子的運動狀態(tài)，直接把粒子的種類都給改了,。也就是說,，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了之前關(guān)于“力”有局限性，尤其用在微觀世界當(dāng)中,。 場 所以,，科學(xué)家就在思考,， 力到底是如何在物質(zhì)之間發(fā)揮作用的呢？ 其實,，他們當(dāng)時就有了一個很好的備選答案：場,。 我們也領(lǐng)教過這個東西，如果我們拿一些鐵屑撒在磁鐵附近,，然后就會出現(xiàn)下面這樣的場景：  這種現(xiàn)象你一定很熟悉,，我們親切地叫它：磁場。它不見,，也摸不著,，但我們能確認(rèn)它是存在的。磁鐵說白了就是通過磁場來傳遞磁力,。其實,，電學(xué)也是這樣的，電學(xué)中的那些現(xiàn)象說白了都是通過電場來實現(xiàn)的,。  麥克斯韋還提出過麥克斯韋方程,，統(tǒng)一了“電”和“磁”，他發(fā)現(xiàn)這兩樣?xùn)|西其實是一回事,，并預(yù)言了電磁波,。  而在電磁學(xué)中就和牛頓的理論有很大的不同，在套理論,，“力”和“場”是有關(guān)系的,，說白了就是電磁場在傳播電磁力。 那到底是什么是“場”呢,？其實,，我們也很難說得清楚，但我們知道一點,，那就是電磁場的等勢面很像地理里的等高線,，在不同的等勢面上，作用的效果是不同的,。  所以,，“場”被定義為： 特殊數(shù)值的各處的集合。 這里的特殊數(shù)值的各處其實就是一層層的等勢面,，也就是說“場”的定義就是等勢面的集合,。  粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型 對于現(xiàn)代物理而言，“場”這個概念實用性更廣,，更能解釋各種物理現(xiàn)象,。在上個世紀(jì)，科學(xué)家通過轟擊微觀粒子的方法,，找到了100多種粒子,。  當(dāng)時擺在他們面前的是四大作用,，也就是引力，電磁相互作用,，強(qiáng)相互作用,，弱相互作用。那它們和粒子有什么關(guān)系呢,？是不是跟“場”存在什么關(guān)系呢,？  這要從“光的波粒二象性”說起，在上個世紀(jì)初,，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光子具有波的特點,，也具有粒子的特點。這兩個特質(zhì)本來是相互矛盾的,，結(jié)果沒想到在同一個東西上體現(xiàn)了出來,。而光的波粒二象性的大戰(zhàn)，其實從牛頓時期就開打了,，到了二十世紀(jì)初已經(jīng)是第三場巔峰對決了,。 在這第三場巔峰對決中，普朗克提出了“量子”的概念,。他假設(shè)了光的能量中存在最小的單位（量子）,，也就是說能量不是連續(xù)的，能量的變化是離散的,，這也就體現(xiàn)出了光具有粒子性的特點,。  后來，愛因斯坦就是利用普朗克的理論解決了光電效應(yīng),。但我們也知道,，作為波，光是具備有波長的,，每粒光子的能量完全取決于光的波長,，波長越長，光子的能量也就越小,。進(jìn)一步,，我們可以推出，光子數(shù)量特別多的時候,，光是可以表現(xiàn)出具有連續(xù)性的波的特點,，反之，光子的數(shù)量很少時,，則表現(xiàn)出離散的粒子的特性,。 我們也知道光其實是一種電磁波。于是,，科學(xué)家就提出,， 電磁場發(fā)生變化時產(chǎn)生的電磁波，說白了就是光子在傳播,。 也就是說,，傳遞電磁作用（力）的其實是光子的往來運動。  所以,，電磁場的變化說白了就是大量光子聚集在一起引發(fā)的現(xiàn)象,。從這個思路出發(fā)，科學(xué)家結(jié)合了量子力學(xué)和狹義相對論,，提出了量子場論,，并構(gòu)建了粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型。 在這套理論中,，他們粒子分為了兩種,，一種叫做費米子，比如：夸克,，電子,。還有一種叫做玻色子，比如：光子,，膠子,。那它們的區(qū)別是什么呢？ 費米子,，我們可以理解成構(gòu)成物質(zhì)的粒子,。 玻色子，我們可以理解成影響場變化的粒子,。 也就是說,，如果我們有一把神砍刀，然后把一樣?xùn)|西無限砍下去,，最后得到的其實是一坨費米子,。然后這個時候你想把它們再粘起來，那你就要用玻色子來幫忙了,。 因此,，其實強(qiáng)相互作用，弱相互作用的傳遞也是依靠玻色子,。 強(qiáng)相互作用是用來把夸克束縛在一起的作用,，傳遞強(qiáng)相互作用的是膠子。但其實存在一種介子,，它們是用來把質(zhì)子和中子束縛在原子核內(nèi)的,，這種力也叫做核力，也是強(qiáng)力的一種。所以,，我們也可以認(rèn)為強(qiáng)相互作用保證了能夠構(gòu)成原子核,。 弱相互作用和衰變有關(guān)，也就是原子核內(nèi)的粒子的變化,。由于它的存在,，才使得電子和質(zhì)子不會發(fā)生反應(yīng)變成中子。 而中子變成質(zhì)子和電子需要弱相互作用的,。傳遞弱力的是W玻色子和Z玻色子,。我們可以認(rèn)為，弱相互作用是保證了電子不會進(jìn)入到原子核的原因,。 至于電磁力,，傳播電磁力就是光子，它也是一種玻色子,。由于電磁力的存在,，使得原子得以保全，這是因為原子核和電子就是依靠電磁力來維持的,，而兩個原子不會合并到一起,，其實也是依靠電磁力來實現(xiàn)的。所以,，我們也可以認(rèn)為,，電磁力保證了原子的存在。 所以,，實際上傳播強(qiáng)相互作用,，弱相互作用，電磁相互作用的玻色子就像粘合劑一樣,，構(gòu)造出了整個微觀世界,。 至于引力，很遺憾,，科學(xué)家現(xiàn)在還沒有辦法把引力納入到粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的體系中,。主要有兩個原因。第一,，廣義相對論對于引力的解釋力實在太強(qiáng),，太精準(zhǔn)了。第二,，科學(xué)家并沒有找到傳遞引力的“引力子”,。 也就是說，粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型實際上是統(tǒng)一了四大作用中的三個作用,，分別是強(qiáng)相互作用,，弱相互作用,，電磁相互作用，而利用的就是“場”和“粒子”來實現(xiàn)的,。 那強(qiáng)相互作用,，弱相互作用，電磁相互作用具體是如何通過玻色子來實現(xiàn)傳遞呢,？ 我們之后再詳細(xì)介紹,。
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