第1个回答 2022-06-06
自然界有四种基本作用力,强力,弱力,电磁力和引力。四种力都有相应的传播子,强力的传播子是胶子,弱力是玻色子,电磁力是光子,而引力是引力子(目前还是假设,没有发现引力子)。
按照现代标准模型的全是,除了引力之外,其他三种基本作用力都已完成了统一,科学家一直试图找到假想中的引力子,彻底统一四种基本作用力,但一直没有找到。
下面说说电磁力。
电磁力,简单说就是电磁场中带电粒子间的相互作用,是规范场粒子交换的结果,这种规范粒子就是光子,电磁力就是靠交换光子产生的。
但要深入了解,还是有些复杂的。比如,如何交换光子?这种光子是我们平时所说的光量子吗?
其实,更深入地从量子场论来讲,电磁力是由虚光子的交换产生的,而并非我们通常所说的光子。
问题来了,何为虚光子?
量子力学告诉我们,真空并非完全虚空,反而充满了各种能量涨落(量子涨落),真空中随时会凭空衍生出虚粒子对,而虚粒子出现之后瞬间发生湮灭,只要湮灭的速度足够快,大自然一点也不在乎。量子涨落就像是“沸腾的大海”,这也说明真空不但不空,而且非常活跃,也充满了“能量”,这种由量子效应产生的能量被称为“真空零点能”!
但是虚粒子只是一个假想,不能被观测。虽然如此,虚粒子确实是存在的,科学家们通过一些物理效应证实了这点。著名的卡西米尔效应,说的是两个真空中平行金属箔,只要两个金属箔距离足够近,就会产生吸引力。实验表明,距离小于10纳米(大约100个原子的尺度),卡西米尔效应就能产生一个标准大气压的压力。
这种效应就被称为“卡西米尔效应”。
为何会出现这种效应?
卡西米尔效应最吸引人的事实就是真空不空,物质与能量可以相互转换。两个金属箔之所以会产生引力,是因为当金属箔之间的距离小于真空中虚粒子的波长时,长波就会被排除掉,金属箔外的其他波段就会使金属箔靠拢,而且距离越近,吸引力越大!
而虚光子就是“虚粒子对”发生湮灭之后释放出来的光子能量,这种能量可以循环往复进行传播。
到底如何传播的?这里就举个相对通俗的例子吧。
我们都知道电子会发生跃迁,然后释放(吸收)光子,也就是释放了能量。能量在真空中激发出“虚粒子对”,虚粒子对瞬间相互湮灭,释放出能量(光子),一直循环这个过程,循环很多次之后,光子才会被其他电子吸收。
两个电子之间不停地进行这种吸收,释放的过程,不断循环,动量和能量在电子间相互传递,表现出来的就是两电子之间的斥力。而一个电子的动量变化,其实也就相当于另一电子对它释放的电磁力。
不过电子释放虚粒子对然后湮灭的过程是非常短暂的,但也可以看做进行了无数次的转换,这种非常复杂的过程最后的表现形式就是电子间的电磁力。
虚粒子存在的时间极短,人类是观测不到的,我们观测不到量子世界的量子起伏。虚光子也属于虚粒子,也不能被我们观测到。而即便是实光子,人眼也只能看见非常狭窄的一小部分,只能看到可见光波段,其余的大部分波段我们都看不到。
以上或许是目前主流科学界对于电磁力的本质最前沿的解释了。
理论上讲,电磁力是由交换虚光子产生的,不过目前科学家还无法直接观测到这种交换过程,而虚粒子其实也只是理论假想存在的粒子,不过产生的物理效应确实是存在的。
至于更深层次的研究,比如说直接观测到虚粒子,或者说真空中为何会衍生出虚粒子然后瞬间湮灭,目前科学家还没有完全弄清楚,还需要更加深入 探索 ,毕竟科学是无止境的!