什么是力?力的本质是什么?相互作用的本质是什么?
动能,指实体(指蕴含能量的存在)由于运动而具备的能量;静能,指实体所具备的、与运动状态无关的能量。动能与静能,合称动静能。
特定实体的动能与静能的总和,是为总能。任何能量,只可以静能与动能的形式存在。除纯动能外,宇宙中的一切实体,均同时具备动静能。
并且,纯动能不可独立存在,必须依附兼能(指兼具动静能的实体)而存在,并借助其运动而传递。
通常而言,人们所谓的“力”(囊括相互作用),便是能量,或能量所介导的排斥或吸引效应(本质还是能量)。显然,其亦有两种存在形式——纯动能与兼能。
物理学中,甲给乙施加的、可诱发两者的运动状态发生改变的“力”(不含相互作用),便是纯动能。
而物理学中的“相互作用”,本质便是兼能——当然,其有时并未被我们视为兼能,而是理解为兼能所介导的排斥或吸引效应。
宇宙间所有已知的粒子可以分成两组:组成宇宙中的物质的自旋为1/2的粒子;在物质粒子之间引起力的自旋为0、1和2的粒子。物质粒子服从所谓的泡利不相容原理。即两个类似的粒子不能存在于同一个态中,即是说,在不确定性原理给出的限制内,它们不能同时具有相同的位置和速度。
在量子力学中,所有物质粒子之间的力或相互作用都认为是由自旋为整数0、1或2的粒子承担。 物质粒子——譬如电子或夸克——发出携带力的粒子,由于发射粒子所引起的反弹,改变了物质粒子的速度。携带力的粒子又和另一物质粒子碰撞从而被吸收。这碰撞改变了第二个粒子的速度,正如同两个物质粒子之间存在过一个力。
携带力的粒子不服从泡利不相容原理,这是它的一个重要的性质。这表明它们能被交换的数目不受限制,这样就可以产生根强的力。然而,如果携带力的粒子具有很大的质量,则在大距离上产生和交换它们就会很困难。这样,它们所携带的力只能是短程的。另一方面,如果携带力的粒子质量为零,力就是长程的了。在物质粒子之间交换的携带力的粒子称为虚粒子,因为它们不像“实”粒子那样可以用粒子探测器检测到。但我们知道它们的存在,因为它们具有可测量的效应,即它们引起了物质粒子之间的力, 并且自旋为0、1或2的粒子在某些情况下作为实粒子而存
在,这时它们可以被直接探测到。对我们而言,此刻它们就呈现出为经典物理学家所说的波动形式,例如光波和引力波;当物质粒子以交换携带力的虚粒子的形式而相互作用时,它们有时就可以被发射出来。
携带力的粒子按照其携带力的强度以及与其相互作用的粒子可以分成四种。必须强调指出,将力划分成四种是种人为的方法;它仅仅是为了便于建立部分理论,而并不别具深意。