經常用了2020-06-03 05:55:13我們都有過這樣的經歷：坐車的時候，司機一踩油門，你的背後就傳來一股推力。這是加速度產生的推背感。按我們通常的理解，是汽車的座椅靠背傳導了一股推力，但這種推背感到底是怎樣產生的？這個力的本質是什麼呢？首先，力是一個宏觀展現的概念。我們日常生活中感受到的力，大都是複合感受。這就好比一束太陽光，表面上看是白色，我們拿三稜鏡一分解就發現，其實存在好幾種顏色。量子力學就相當於這個三稜鏡。
我們用量子力學把這種推背感分解以後，就會得到三種不同的排斥力。雖然有三種，但它們對你感受到的排斥力的貢獻，是不一樣的。第一種是靜電排斥力。這個很好理解，椅背裡有原子核，有電子；原子核帶正電，電子帶負電。正電和正電之間會相互排斥，負電和負電之間也會相互排斥。但這不是排斥力最主要的來源。第二種是量子力學的不確定性原理。你的身體擠壓椅背上的原子，想讓每個原子都變小一點兒，就會感到一種排斥力。但這也不是排斥力最主要的來源。貢獻最大的是第三種，它來自量子力學的另一種原理，叫泡利不相容原理。提出這個原理的物理學家叫泡利。“不相容”很好理解，意思是說，我佔了這個地方你就不能佔了，我容不下你。你的身體在往後靠的時候，原子擠在一起，一個原子的電子就有可能被擠到另一個原子那裡。但是原來原子的電子佔滿了本來的地方，你要新加進來一個電子，就會感到一種排斥力。
有些科普書會把這種力叫作“簡併力”。這才是推背感最主要的來源。按量子力學理論，上述的幾種力再往下分解，最後會歸結於四種基本相互作用。哪麼，什麼叫基本相互作用呢？ 最底層不可還原的就是基本相互作用。
什麼叫相互作用。很多科普書說，相互作用就像兩個人在扔球。我扔球的時候，向後一仰。你接住球以後，也向後一仰。如果有個眼神不好的人站在遠處看，他看不到球，就會以為，我隔空朝你施加了一個力，你朝我施加了一個反作用力。所以，粒子就是透過朝其他粒子扔球來施加作用力的。這裡說的扔球和接球的過程，都屬於相互作用。這個比喻很巧妙，但有個地方它沒有說清楚。就是這個球，是一個粒子，按量子力學，它也具有波粒二象性。所以，我們扔出去的其實是一朵粒子云。而且別忘了，我和你也是粒子，所以我們倆也是兩朵雲。如果你把自己縮小到量子尺度，就會發現兩個粒子之間的相互作用，本質上就是兩朵雲，在不斷髮出和吸收第三朵雲。那麼這第三朵雲是什麼呢？有的雲可以拆分，我們就繼續往下拆。當我們把所有的雲拆到底層，不能繼續拆分時，就會發現只剩下三種不同的雲，分別對應三種不同的基本相互作用。按照從強到弱的順序，排第一是的強相互作用，它一共會扔八種不同的雲，這些雲都叫作膠子。有了它，原子核裡的質子、中子才能穩定地存在。強相互作用的作用距離很短，只在原子核內起作用，出了原子核就沒效果了。
所以我們平時感覺不到。排第二的是電磁相互作用，它扔的雲我們都應該很熟悉了，叫光子，是物理學家總拿它做實驗的那個光子。它貢獻了我們平時聽說的化學鍵、分子間作用力，以及各種宏觀世界的力，比如表面張力，靜電力，磁力等等。電磁力的作用距離很遠，我們平時經常感覺到。排第三的是弱相互作用，它會扔三種雲，分別叫W+，W-和Z0玻色子。弱相互作用也只在原子核內有效，而且強度很弱，似乎沒有什麼存在感。但其實，弱相互作用很重要。
這三種相互作用加上萬有引力，就是世界的四大基本相互作用。但量子力學在說到基本相互作用時，只能解釋清楚其中的三個。就目前來說，萬有引力還是廣義相對論負責解釋的，而量子力學和廣義相對論這兩套理論，還沒有統一。
原創首發。