那么现在来看看我们认为的宇宙的四种基本力吧。相信大家很熟悉，分别是：引力作用，电磁相互作用力，强相互作用力，弱相互作用力。

首先是引力。上面已经提到很多次了。

她的第一个定义是：是指具有质量的物体之间相互吸引的作用，也是物体重量的来源。

她的第二个定义是：在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率）；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相联系，其联系方式即是爱因斯坦场方程（一个二阶非线性偏微分方程组）。

电磁相互作用力的定义：即是带电粒子与电磁场的相互作用以及带电粒子之间通过电磁场传递的相互作用。

强相互作用力的定义：强作用力是强子间的作用力。是目前所知的四种宇宙间基本作用力最强的。

弱相互作用力：它是由W及Z玻色子的交换（即发射和吸收）所引起的，由于弱力是由玻色子的发射（或吸收）所造成的，所以它是一种非接触力。这种发射中最有名的是β衰变，它是放射性的一种表现。

通过看上面的定义和大家以前的认识，我们知道引力是我们最早发现的，但对于她的认识，我们一直不能深入。她的作用尺度，可大，可小。可是我们知道在粒子范围内，引力小到可以忽略不计。四种基本力的相对强度:

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若万有引力为1

则弱力为10^25【10的25次方】

电磁力为10^36【10的36次方】

强力为10^38【10的38次方】

这样的对比意味着，两个电子之间的电磁斥力比同样两个电子之间的引力大。引力的微弱如此惊人，致使它在粒子对或几个粒子之间的相互作用中的影响可以忽略不计。

但在四种力中我们最先加以科学研究的却是引力，而且(艾萨克·牛顿)建立了圆满的数学理论来描述它。这是由于引力具有可叠加性——物体含有质量越大，物体的引力越强。而且引力的作用程非常长，强度的减弱仅仅与到物质块距离的平方成反比。

我们的宇宙之所以可以形成现在的星系，星团，也是有赖于引力。【暂时不考虑，不讨论暗物质，暗能量。】

关于引力最新的认识，就是爱因斯坦的广义相对论。他认为引力的产生是源于时空曲率。在引力场中，时空的性质是由物体的“质量”分布决定的，物体“质量”的分布状况使时空性质变得不均匀，引起了时空的弯曲。

大致上讲，物质密度大的地方，曲率也就大。也就是说，“时空曲率”产生了引力，当光线经过一些“大质量”的天体时，它的路线是弯曲的，它将沿着“大质量”物体所形成的“时空曲面”前进。就像放在软床上的重球使床面弯曲一样。

尽管我对于时空曲率，空间几何，场方程等高等数学不精通，但是对于“时空曲率是引力产生的原因”不敢苟同。我只想对爱因斯坦说我敬佩你的想象和惊人数学天赋。对于这点，我会在综合分析完四种基本力后，着重分析的。这也是我认为爱因斯坦相对论值得修正的地方。

粒子尺度下的两种力。我们先来说说弱相互作用。我们现在知道了弱相互作用的理论指出，它是由W及Z玻色子的交换（即发射或吸收）所引起的，由于弱力是由玻色子的发射（或吸收）所造成的，所以它是一种非接触力。这种发射中最有名的是β衰变，它是放射性的一种表现。

重的粒子性质不稳定，由于Z及W玻色子比质子或中子重得多，所以弱相互作用的作用距离非常短。这种相互作用叫做“弱”，是因为它的一般强度，比电磁及强核力弱好几个数量级。

大部份粒子在一段时间后，都会通过弱相互作用衰变。弱相互作用有一种独一无二的特性——那就是夸克味变——其他相互作用做不到这一点。另外，它还会破坏宇称对称及CP对称。夸克的味变使得夸克能够在六种“味”之间互换，这一点本身就说明了她与强相互作用力关系密切。

由于弱相互作用载体粒子（W及Z玻色子）质量很大（约 90 GeV/c2），所以他们的寿命很短：平均寿命约为 3 ×10−25秒。

弱相互作用的耦合常数（相互作用强度的一个指标）介乎10−7与10−6之间，而相比下，强相互作用的耦合常数约为1，故就强度而言，弱相互作用是弱的。

弱相用作用的作用距离很短（约为10−17–10−16 m ）。在大约10−18 米的距离下，弱相互作用的强度与电磁大约一致；但在大约3×10−17的距离下，弱相互作用比电磁弱一万倍。

在标准模型中，弱相互作用会影响所有费米子，还有希格斯玻色子；弱相互作用是除引力相互作用外唯一一种对中微子有效的相互作用。弱相互作用并不产生束缚态（它也不需要束缚能）——引力在天文距离下这样做，电磁力在原子距离下这样做，而强核力则在原子核中这样做。

她最明显的过程是由第一项特点所造成的：味变。比方说，一个中子比一个质子（中子的核子拍档）重，但它不能在没有变味（种类）的情况下衰变成质子，它两个“下夸克”中的一个需要变成“上夸克”。由于强相互作用和电磁相互作用都不允许味变，所以它一定要用弱相互作用；没有弱相互作用的话：夸克的特性，如奇异及魅（与同名的夸克相关），会在所有相互作用下守恒。因为弱衰变的关系，所以所有介子都不稳定。在β衰变这个过程下，中子里面的“下夸克”，会发射出一个虚W−玻色子，它随即衰变成一电子及一反电中微子。

由于玻色子的大质量，所以弱衰变相对于强或电磁衰变，强度是比较低的，因此发生得比较慢。例如，一个中性π介子在通过电磁衰变时，寿命约为10-16秒；而一个带电π介子的通过弱核力衰变时，寿命约为10-8秒，是前者的一亿倍。相比下，一个自由中子（通过弱相互作用衰变）的寿命约为15分钟。

接下来我看看最后一种力，强相互作用力。最早研究的强相互作用是核子（质子或中子）之间的核力，它是使核子结合成原子核的相互作用。自1947年发现与核子作用的π介子以后，实验陆续发现了几百种有强相互作用的粒子，这些粒子统称为强子。作用距离第二短的。

核子之间的核力就是强相互作用。她抵抗了质子之间的电磁力，把质子和中子牢牢束缚在原子核内，保证了原子核内部的稳定。随着研究的深入，我们知道了，强相互作用力跟夸克，胶子有密切关系。

也就是后来发现质子和中子都不是基本粒子，都是由更小的夸克粒子所组成。最基本作用力是将夸克束缚在质子和中子中的作用力，核子之间的强作用力其实是上述作用力的副作用。量子色动力学解释夸克中带有一种称为色荷的物质（色荷和肉眼可见的颜色没有任何关系）。带有不同色荷的夸克因强相互作用会互相吸引，其中的介质是一种称为胶子的粒子。

可以这样通俗的说，是胶子将夸克组合为强子。所以她是一种复合粒子。我们对于夸克的了解，就是通过强子来间接了解的。还不是直接观测夸克的。这个我在一开始写这本书的时候，提到过，在我的另一本书籍《见微知著》中，讨论更为详细。

强相互作用比其他三种基本作用有更大的对称性，也就是说，在强相互作用中有更多的守恒定律。强相互作用不像引力和电磁相互作用那样是长程力而是短程力。但是它的力程比弱相互作用的力程长，约为10-15 m 。大约等于原子核中核子间的距离。

四种力，我已经给大家介绍完了。即使我找更多的资料，让大家的理解和认识，也远远不够。

我们所认知的四种基本相互作用：强相互作用，电磁相互作用，弱相互作用，引力。除去引力，另三种相互作用都找到了合适满足特定对称性的量子场论来描述。强作用有量子色动力学；电磁相互作用有量子电动力学，理论框架建立于1920到1950年间；弱作用有费米点作用理论。后来弱作用和电磁相互作用实现了形式上的统一，通过希格斯机制产生质量，建立了弱电统一的量子规范理论，即GWS（Glashow, Weinberg, Salam）模型。量子场论成为现代理论物理学的主流方法和工具。

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