五、力的基本类型与力的统一理论

现代物理学的研究表明，到目前为止，人们已发现了自然界中四种基本类型的力：

万有引力（引力相互作用）：存在于宇宙万物之间的相互吸引力，它遵从牛顿发现的万有引力定律．引力相互作用的传递者被爱因斯坦称为“引力子”．引力子的寻找目前正在进行中，引力子是否存在现在还是一个科学之谜．
电磁力（电磁相互作用）：存在于静止电荷之间的电力和运动电荷之间的磁力，总称为电磁力，它们分别遵从库仑定律和洛仑兹力公式．弹性力、张力、正压力、摩擦力等都是原子、分子之间电磁力的宏观表现．电磁力是通过电磁场传递的．光子是电磁相互作用的传递者，它的自旋是1，服从波色—爱因斯坦统计．
强力（强相互作用）：存在于质子、中子、介子和超子等基本粒子之间，其特点是力程短（约 10−15m），强度大（比库仑力还大 102 倍）核力就是核子之间的强相互作用．π介子是汤川理论的强相互作用的传递者．
弱力（弱相互作用）：主要存在于中子、质子、电子、中微子之间，其特点是力程更短，强度很弱（约为强相互作用的 10−13 倍）．β衰变放出电子（或正电子）和中微子就是弱相互作用的结果．中间矢量波色子 W+、W−、Z0 是弱相互作用的传递者．强力、弱力及相对论力学中的力都是力的概念的进一步推广．

人们对基本粒子从产生到消失的各种转化现象研究中得出四种相互作用力，即引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用，它们都是随距离的增加而减弱．由于引力和电磁力是长程力，所以人们早已从宏观的物理现象中认识到了；弱力和强力则是短程力，是基本粒子世界所特有的相互作用．虽然这四种相互作用在数量级上有很大的差别，但它们都是在粒子世界发生作用．

从理论角度来看，人们总是企图建立一些综合性理论，以便把粒子之

间的各种相互作用从更深刻的角度统一起来．从物理学发展的历史来看，天体引力和地球引力已由牛顿把二者统一起来；电力和磁力已由麦克斯韦统一起来，这些理论给后人以启发．于是德国数学家魏尔（1885—1955）和爱因斯坦最早进行了企图把电磁场和引力场统一起来的研究工作．1958年海森伯又提出企图把所有基本粒子场都统一起来的理论．1961 年，美国物理学家格拉肖在量子规范理论的基础上首先提出了弱相互作用和电磁相互作用统一的猜想．1967 年和 1968 年美国物理学家温伯格和巴基斯坦物理学家萨拉姆各自独立地提出了把弱相互作用和电磁相互作用统一起来的具体方案，在 1973 年和 1978 年的实验中初步证明了他们的弱相互作用和电磁相互作用统一理论的正确性．由于这一杰出贡献，格拉肖、温伯格和萨拉姆一起被授予 1979 年诺贝尔物理学奖金．

由于弱相互作用和电磁相互作用统一理论的成功，更促使人们试探着把弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用三者统一起来，这种理论叫做大统一理论．到目前已提出了许多种大统一模型，都有待于实验的进一步验证．探索把目前已知的四种相互作用都统一起来的理论被称为超大统一理论，虽已提出了多种模型，但是还没有一种模型得到判定性的支持，统一理论是现代物理学的一个发展方向，还有待于许多科学家的努力探索．