《三体》中的物理学——强相互作用力
在刘慈欣的科幻小说《三体》中
三体人自从知道了地球的存在
便开始派出一支星际舰队来侵略地球
在接下来的450年的时间里
人类文明也没有闲着
他们加速发展着自己的科技
终于在三体舰队到来之前
研制出了恒星级战舰
无论是从体积、性能还是速度方面
看起来都要比三体舰队强很多
所以人类对于三体舰队的到来并没有多少恐慌
他们甚至在考虑
如何安置即将被打败的三体人
与此同时
人类观测到
三体舰队派出一个小型探测器
已经进入了太阳系
国际舰队决定
派出全部两千零十五艘恒星级战舰
拦截三体探测器
此时地球上所有的媒体都在直播这一盛况
舰队紧密地排成了100×20的长方形矩阵
一起去迎接
先头飞船捕获了这枚探测器
这枚探测器的外表像极了一滴水
它的表面光滑无比
如同明镜
于是人们给了它一个称呼：
水滴
地球派出了德高望重的物理学家丁仪前去考察
丁仪博士上前仔细观看
他发现水滴的表面极其光滑
当他用显微镜看水滴表面时
他吓坏了
无论是放大100倍
还是1000倍1万倍100万倍1000万倍
水滴的表面还是光滑无比像镜面一样
这意味着该物体密度极其的大
人们现在所能造出最光滑的东西
放大几百倍
就会看到粗糙的像重重山峰的纹理
丁仪怀疑水滴是用强相互作用材料制成的
突然
水滴干扰了信号
随后尾巴开始出现蓝色的光环
不断加速
捕获他的飞船瞬间汽化
随后它以全速精准的撞向
第一排第一列第一艘战舰的燃料舱
由于这些战舰用的都是核聚变燃料
燃料舱一炸就直接玩完
接下来水滴像石子划过空气一样
穿过一艘又一艘战舰
整整齐齐的战舰像鞭炮一样
在太空中炸开了花
即使有战舰发现了水滴并开始反击
但炮弹打到水滴表面并没有丝毫的反应
就这样在短短的不到50分钟的时间里
人类用几百年时间打造的太空舰队
损失殆尽
那么问题来了
水滴的原理是什么？
啥是强相互作用力？
20世纪以来
人们从最初认识到的两种力：
万有引力和电磁力
逐步扩展到了4种：
万有引力、电磁力、弱相互作用、强相互作用
要谈到这四种力的产生和特点
就不能不谈人类从爱因斯坦开始有的一个梦想：
将宇宙中所有的力用一个简洁的公式统一起来
这要追溯到1955年4月17日
那是一个星期天
爱因斯坦坐在普林斯顿医学院的病榻上
开始了他一生最后一次的计算
在他整理了一些数字之后
就把工作放在一边休息了
几个小时之后
这位20世纪最伟大的科学家去世了
而他床边放着的
正是他的终极梦想~
对于宇宙中所有已知力量的
一种单一的条理清晰的解释
可惜直到21世纪的今天
我们依然没有实现爱因斯坦的夙愿
其实将作用力划分为4种是人为的方法
它仅仅是为了便于建立部分理论
第一种力是引力
这种力是万有的
大到天体小到灰尘总是存在着万有引力
而且两个物体之间距离越小
他们的质量越大
物体之间的万有引力也就越大
另一种力是电磁力
它是电荷之间的相互作用
同种电荷互相排斥
异种电荷互相吸引
电磁力对我们来说初中和高中都学过
对此我们并不会感到很陌生
第三种力称为弱核力
主要表现在粒子的衰变过程
它制约着放射性现象
并只作用于自旋为1/2的物质粒子
第四种力就是我们刚开始说的强相互作用
它是将质子中子
以及其中的夸克束缚在一起的力
由于这种力非常的强
所以原子核很稳定
但是这种力又是短程力
只能存在于相邻的核子之间
最早被人类认识的相互作用是电磁相互作用
公元前6世纪
古希腊的泰勒斯用琥珀和毛皮摩擦
开始认识摩擦生电现象
而麦克斯韦总结了前人一系列的科研成果
于1875年提出麦克斯韦方程
这是第一个完整的电磁理论系统
它把电与磁统一了起来
同时还揭示了光本身是一种电磁波
人类认识的第二种相互作用是引力作用
在哥白尼、开普勒、伽利略等科学家
对天体运行的大量观测和归纳基础上
牛顿提出了万有引力定律
人类对强相互作用的认识还很初步
我们知道原子核在裂变和聚变反应中
可以释放出巨大的能量
这说明质子和中子之间必须有很强的相互作用
其实强相互作用不仅存在于核子之间
也存在于其他一些微观粒子之间
长期以来
人们一直坚信
世界是统一的
各种基本相互作用应该有一个统一的本质
许多物理学家像爱因斯坦、海森堡、泡里等人
都曾在晚年致力于统一理论的研究
可惜都失败了
近年来
一种新的统一理论正在兴起
称为超弦理论
该理论认为微观粒子不是一个点
而是一条一维的弦
自然界中的各种不同粒子都是
一维弦的不同振动模式
并在弦的基础上形成一套量子化方法
也许这个理论有望能统一四种基本相互作用
不过目前争议还是比较大
还记得在大刘的一篇短篇小说《朝闻道》里
科学家们用自己的生命为祭品
向更高级的文明换取宇宙的真相
虽然在寻求统一场论的过程中挫折不断
人类从未停止过探索的脚步
也许有一天
统一场论的神秘面纱终会被人们摘下
那时
宇宙将向我们展示它的真相
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