93 世界上有几种力？

自然界有几种力？我们熟悉的有两种，一种是电磁力，另一种是引力。电磁力很好理解，电荷之间，同性相斥、异性相吸。磁场也可以作用洛伦兹力在运动的电荷上。电荷之间的库仑力以及磁场和电荷之间的洛伦兹力，都可以被统称为电磁力，电和磁其实是一回事，都被麦克斯韦方程组统一在同一理论框架内。

引力我们也很熟悉，任何两个有质量的物体之间都存在吸引力。电磁力和引力都是有宏观作用的力，在早年就已经被发现并研究了。在很长一段时间里，物理学家们认为世界上只有这两种力。先是麦克斯韦统一了电和磁，爱因斯坦在发明了广义相对论以后，试图把电磁力和引力再进行统一。但很明显，爱因斯坦的尝试是失败的，因为自然界的力远远不止电磁力和引力。

我们知道，原子核是非常小的，但是原子核里往往有多个质子和多个中子。中子不带电，质子带一个正电荷。那就有了一个大问题，就是质子与质子之间应当同性相斥，且它们在原子核内的距离非常近，相互排斥的力应该大得惊人。但为何原子核的结构没有分崩离析呢？是什么力把质子束缚在一起的呢？答案是强相互作用力。

早在20世纪30年代，日本物理学家汤川秀树就提出，质子若要克服正电荷之间的排斥力而被绑在原子核里，则必存在另外一个比电磁力强得多的力，这个力便是强相互作用力，简称强力。汤川秀树同时提出，原子核当中应当存在一种粒子作为传递强力的媒介，这种粒子被他命名为介子。在20世纪40年代，介子被证实了。强力的强度大约是电磁力的137倍。介子的质量大约是质子和中子的六分之一。

强力虽强，它的力程却很短，就好比一个拳击手的拳头非常有力，但是手臂的范围是有限的，不能攻击到太远的目标。强力的作用距离大约只在原子核大小的范围内。因此，强力并无任何宏观作用，它只在原子核的范围内展现出显著的作用。

除了强力外，还有一种力，叫弱相互作用力，简称弱力。弱力是在研究β衰变的过程中发现的。中子容易发生β衰变，转化成质子并放出一个电子以及一个反中微子。主导这个衰变发生的力便是弱力。弱力非常弱，它比电磁力要弱很多，大约只是强力的1亿亿亿分之一。并且弱力的作用范围比强力更小，弱力几乎只在单个质子或中子内部有效。同样地，弱力也无宏观作用。

这样看来，能够有宏观作用的力只有电磁力和引力。那如果我推你一下，这个力是什么力呢？它实际是电磁力。用排除法就知道，我推你一下不可能是万有引力，因为引力太弱了，人体的质量不会产生显著的引力效果。那就只剩下电磁力了，在我的手跟你接触的时候，我手上的分子和你身上的分子，在微观层面上其实是发生电磁相互作用。

到目前为止，我们只发现了强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用。自然界是否只存在这四种相互作用力？未必，例如对于暗物质的最新研究表示，如果暗物质存在的话，它有可能参与第五种相互作用。也就是说，这四种相互作用是我们已经发现的，但并不能保证没有更多种类的相互作用存在。