物理 高中：高中物理奥赛资料汇编-相对论-.基本粒子间的相互作用

42、基本粒子间的相互作用421、四种基本的相互作用一切物质归根结底都是由基本粒子组成的。基本粒子间的相互作用属于基本的相互作用。实践证明，基本的相互作用有四种1、引力作用在宏观上，特别是对于天体，引力作用是极其重要的。但是，对于基本粒子来说，比起其他相互作用来，引力作用极其微弱，可不予以考虑。2、弱相互作用强度远小于电磁相互作用和强相互作用，存在于除光子外所有粒子之间的一种短程用用。3、电磁相互作用直接存在于带电的粒子之间。4、强相互作用存在于夸克之间。介子或重子之间的相互作用是夸克间强相互作用的间接表现，核子之间的相互作用即核力属强相互作用。这四种的基本相互作用，按由强到弱排列，它们的相对强度为强相互作用电磁相互作用弱相互作用引力相互作用12101403910正像电和磁是电磁相互分用的两个不同的表现方面一样，科学家们认为，电磁和弱相互作用两者是电弱相互作用的两个不同的表现方面。近年来，电弱统一的理论获得了成功。传递相互作用的粒子相互作用的本质是什么呢在电学部分，我们知道，带电粒子是通过电磁场传递力的。电磁场的传播就是电磁波，其量子是光子。所以，带电粒子是通过交换光子发生相互作用的。传递相互作用的粒子又称媒介子。光子是一切带电粒子间电磁相互作用的媒介子。轻子之间不存在强相互作用。轻子或重子之间都存在弱相互作用。弱相互作用的媒介子又称为中间玻尔色子或弱介子。理论预言有W、和30Z种弱介子。它们的质量都很大，自旋都等于1，在本世纪80年代，这三种媒介子先后被实验所证实。夸克之间存在强相互作用。强相互作用的媒介子称为胶子。胶子的静质量为0，电荷为0，自旋等于1，但带有色荷。夸克或胶子都没有被分离出来而直接观测到。为什么没有单个的夸克出现呢理论上认为，夸克之间的相互作用随着夸克之间的距离增加而加大，以致巨大的撞击能量未分离开夸克，而产生了两个或三个夸克组成的强子。这个理论又称为夸克的禁闭理论。按照这个理论，单个夸克是不能从强子中分离出来的。4、3其他431、黑洞黑洞是指光子无法脱离其引力，因而接收不到从它射出的光子，所以称为黑洞。可以认为光子具有质量2CHVM。设星体是一个质量为M，半径为R的均匀球。则质量为M的光子在星球表面所受到的引力为22CRHVMGF光子以光速C作半径为R的圆周运动的向心加速度RCA2。当引力大于向心力时，光子不会外溢，即FMA有CHVRCMG22从上式可得CRGM2可以认为2CR就是黑洞的临界半径（从广义相对论所得结论为2CGM）。对于太阳，可结算它演变成黑洞时的临界半径的数量级为M310。假定我们所在的宇宙就是一个黑洞，即我们不可能把光反射到我们的宇宙之外。所以即使在宇宙之外还存在空间，还存在天体的话（这完全是一种假设），那么外面的天体看我们的宇宙就是一个“大黑洞。试从这一假定估算我们宇宙的半径。解设宇宙质量为M，半径为R，则P34由于黑洞的临界半径为2CGM。所以PRC26103。432、引力红移引力红移是指由于引力作用，我们观察星体的光比星体表面发射的光波变长。因此可见光波长最长的光是红光，也即光谱向红端移动，称为引力红移。根据广义相对论的等效性原理，引力质量和惯性质量是等价的。光子能量以及光子地球系统的势能满足能量守恒定律。即光子的能量