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力是什么?
力有不同的表现形式:引力、压力、离子的弱作用力等。力的本质是什么?是怎样传递的?
静思 06-10-31 举报
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力是什么?长久以来这个问题一直困扰着无数好奇的人们,虽然人们对它的研究从未放弃过,但却从未能够真正理解它的本质属性。那么力的本质究竟是什么呢?既然没有现成的答案,那就自己试着分析一下,以供大家参考。
我们知道自然界包括四种已知的力,重力、电磁力、强相互作用、弱相互作用,不管是哪种力,其作用效果都与距离有关。如果从作用形式上分类则只有两种——引力、斥力。虽然引力和斥力作用方向完全相反,但是都随距离的增加而减小,显然不管是以什么形式出现的力,作用的大小都与空间距离存在密切的联系。
另外通过分析力的各种相互作用会发现,力的相互作用不能离开物质,不管是直接的还是间接的,同时还发现只要物体在力的作用方向上具有加速度就会伴随能量的转化。由质能方程可知,作为力的载体的物质由能量组成,并且能量很可能像物质一样是有形的实体,则可以很自然的推断出,力应该和能量具有某种特殊的关系。现在就让我们做一个大胆的假设——假设物质间的作用力是由能量间的相互作用完成的,看看能否解释力的各种现象。
现在包括假设在内出现了两个线索:
1. 物质间的作用力是由能量间的相互作用完成的。
2. 力的作用大小与空间距离存在密切的联系。
从以上两点可以推出结论:
力的本质——是能量为获得空间而表现出的运动趋势。
当然以上结论并未经过分析的验证,更没有经过实验的检验,它只是对上面两个线索的归纳,下面就试着用以上观点对已知的几种力进行分析验证,看看能否得到令人满意的结果。
电磁力:
由于电磁力包含的内容非常多,因此只拿出一个比较有代表性的例子来分析。我们知道在两根通电导线之间会存在作用力,力的方向与电流方向有关,电流方向相同表现为相互吸引,相反为排斥,如果再进一步假设:
1. 电子在向前运动的时候自身存在自旋,并且所有电子进行同向运动的时候自旋方向均相同。
2. 由于电子由能量组成,在电子进行自旋的同时,周围存在着随其一起旋转的能量。
现在可以发现两根导线中电流方向如果相同,电子间由于自旋的相互作用将使围绕两根导线外围运动的能量增加,而两根导线中电流方向如果相反时,电子之间的自旋将使两根导线之间一定范围内的能量增加,现在套用刚刚得到的观点:力是能量为获得空间而表现出的运动趋势。可以发现两根导线之间能量的密度如果增加,为了获得较大空间,能量会具有向外侧密度相对较低的地方运动的趋势,表现为斥力效果。同样,若两根导线之间的能量减少,外侧能量会形成向内的压力,从而使两根导线表现出相互吸引的趋势。
看来关于“力是能量为获得空间而表现出的运动趋势”这一观点是可以应用于电磁力的解释的,下面再看看重力。
重力
要理解重力现象,可采用刚才在电磁力中进行假设的方法:假设作为物质的地球的周围存在随其运动的能量,并且能量的密度随距离的增加而减小,即离地面越近,能量的密度越高。
现在试想当一个物质微粒如原子进入地球周围的能量汤之中,包裹在原子周围的能量必然和地球所控制的能量汤相互作用,由于地球能量汤存在密度变化,因此在原子的两侧能量的密度会存在一些差异,正是这个虽然很小但是却起着关键作用的差异使原子受到了重力的作用。具体作用形式可以这样理解,原子在自旋的同时,将会带动周围的能量一起运动,由于原子两侧的能量密度存在一些差异,因此能量很容易从密度较高的一侧被带到密度较低的另一侧,这样在原子的两侧就会出现能量密度的失衡,所以能量为了获得空间并达到平衡,最终将促使原子具有向地球运动的趋势。看来把重力理解为能量间的相互作用也是可行的。下面再看看强相互作用,既核力。
核力
如果你接受了前面的假设,即能量组成物质并存在于物质周围的广阔空间,则完全可以认为原子核是由能量组成的,并且不论哪种原子核都是一个由能量组成的整体。这句话的意思是说,原子核可能不是由质子和中子组成的,我们有什么理由相信以前的判断——是依靠原子核携带的电量还是靠把原子核撞碎来判断其中的组成成分?显然无论哪点都不能做为充足的判定条件,所以完全有理由把原子核想象为一个由能量组成的整体,即里面不存在单独的质子或中子,从这点出发来考虑就会明白核力为什么会那样强,参与作用的能量显然要比参与电磁力和重力的都多,我们需要打碎的是原子核中心能量密度很高的部分,这和那些只需要克服外围密度较低的能量的相互作用差别还是很大的。如果核力真是能量为获得空间而表现出的运动趋势,那么在能量密度很高的中心位置斥力应该非常大,换句话说,能量不应该聚集在一起,它们应该四散分离才对,怎么还会有如此强大的力的作用呢?不要急,如果大量的能量围绕一点做快速的运动,问题是可以解决。