弱相互作用力

那能不能让质子变成中子呢？这样既能保持原子核的总质量不变，还会让质子数减少，反正质子减少之后变成了中子，还在原子核内，这就叫肥水不流外人田。 其实质子和中子是可以相互转化的，因为质子和中子都是由夸克构成的。夸克的不同组合形式就体现出质子和中子。要让质子变成中子，可以从夸克层面入手。 夸克之间是依靠强相互作用力捆在一起，并组成了质子或中子，不要指望用把夸克打乱再重新组合的方式让质子变成中子， 因为强相互作用太强大了。但夸克分有六种味，最常见的两个味是上夸克和下夸克。日子是由两个上夸克和一个下夸克构成，中子是由 一个上夸克和两个下夸克构成。上下夸克之所以不同，在于味不同，要是直接可以变味，那么上下夸克就可以自由切换了。一个下夸克变味之后就成了上夸克， 让智子与中子互换。在逻辑上有两种方式，第一种就是把智子的一个上华客分出来给中子，与此同时，中子把他的一个下华客再还给智子， 这样智子和中子就完美化身了。但事与愿违，由于强相互作用力，你休想把夸克分开，夸克之间距离越远，其强力越大，这就是夸克禁闭消音。第一种方式在逻辑上行的通，但理论上却行不通。 第二种方式，我们可以直接让上夸克变味，让他变成下夸克。而控制这种变味的力量就是，若相互作用力通过， 若相互作用，质子内的一个上滑克变味成一个下滑克，则质子变成中子并释放正电子，这是正悲他衰变。正悲他衰变就是释放了正电子，所以才得名正悲他衰变。 而很多时候原子结构的不稳定并不是因为额外电子太多了，而是额外电子少了，这个时候就需要增加质子数来稳定原子结构。 同样的，增加质子数依旧可以通过夸克未变来进行，比如让中子的一个下夸克通过弱力变成一个上夸克，这样中子就变成了质子，并释放电子和反电子中微子，这种情况下释放的电子也称非他离子， 速度达到了光速的百分之九十。由于贝塔粒子是带负电的电磁，所以这种摔变也叫负贝塔摔变，并且贝塔摔变以负贝塔摔变 为主。造成贝塔衰变最常见的形式是通过弱力引起夸克为变，进而导致中子与质子互换，并释放贝塔离子。所以我们也常说贝塔衰变是弱力的主要体现方式。 还有一种衰变是伽马射线，其本质就是高能电磁波，伽马射线能量最强，通过人体会导致 dna 的点击对序列紊乱，导致基因错位表达，这就是核辐射的一种体现。 不管是哪种筛变，基本质无非是原子核为了使原子结构达到最稳定状态而采用的手段，这就是元素的放射性，或者叫。

大到宇宙天体，小到分子机器中的锁听、轮听。自然界所有物质都处于不断运动变化之中，物质间的各种相互作用支配着他们的运动和变化。 近代物理学家们通过对自然现象的认识，把物质之间的基本相互作用归结为四种，即引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。 引力又称之为万有引力，是所有物体之间都存在的一种相互作用， 它是一种长成力，作用范围极大，直到宇宙深处。由于引力相互作用是四种基本相互作用中最弱的，以至于一般物体之间存在的外有引力常被忽略， 只有在大的天体之间或天体与物体之间才会表现出来。 苹果为什么会砸到牛顿头上？行星为什么会绕太阳沿椭圆轨道运动？银河系以及黑洞的形成？这些现象都可以有引力相互作用来解释。 在生活中，我们经常发现带同种电鹤的粒子会相互排斥，而带一种电鹤的粒子会相互吸引。与电鹤类似，两个磁体之间的相互作用一直如此，物理学家们把这种相互作用称为电磁相互作用或电磁力。 电磁力和引力一样，其作用影响范围也是无限大的，但他的强度比引力大很多。一个 大的物体包含了几乎等量的正电鹤和负电鹤。由于单独粒子之间的吸引力和排斥力几乎全抵消了，因此两个物体之间纯粹的电磁力非常小。但是在原子和分子的小尺度下，电磁力却起主要作用。 带副电的电子和带正电的质子之间的电磁力使得电子绕着原子核转动，如同引力使得地球绕着太阳旋转一样。 我们知道，原子核是由若干带正电鹤的质子和不带电的中子组成的，而带正电的质子间存在智力，这种智力比他们之间的引力大得多。 要把他们紧紧束缚在原子河内，一定有一种强大的相互作用存在，这种作用称作强相互作用或强和力。 与外有引力和电磁力不同，强和力是短成力。随着距离的增大，强相互作用急剧减小，作用范围只有约十的负十五次方米及原子核的大小。 在基本粒子之间还存在另一种短程相互作用，称为弱相互作用或弱和力，其作用距离比强相互作用更短，约时的负十八次方米，作用力的强度也比强力小得多。 弱相互作用在肥的衰变中起重要作用。肥的衰变是放射性原子和放射电子和中微子，而转变为另一种核的过程。衰变中放出电子和中微子之间只有弱和力的作用。四种基本相互作用的特点 如图所示。物理学家们认为他们可能是某种相互作用在不同条件下的不同表现，但至今没有公认的结论。 爱因斯坦的梦想就是将宇宙中所有的力用一个简洁的公式统一起来， greatest work of all。 尽管到了生命的尾声，他仍然在病态上不断的思考计算，希望在他有生之年能够建立同一场理论。令人遗憾的是，这个愿望最终没有实现。 this is the extraordinary story。

小时候仰望星空的时候，你有没有思考过这样一个问题，有没有简单的规则可以解释这个世界上所有的自然现象？ 现代科学已经帮你找到了答案，那就是四种基本作用力，电磁力、引力、强力和弱力。地球上所有所有所有的现象，都可以用这四种基本力来解释。 电磁力这个大家都不陌生，风雨雷电、手机电脑本质上都是电磁力。引力可以让地球围绕太阳旋转，强力可以用来制造原子弹，那弱力呢？很多人都不了解，所以这一集我将给你科普一下弱力。 第一集我们讲过，跨客是最小的物质，有六种不同类型的跨客。而若立有一项独门绝技，能把一种跨客 变成另外一种跨客。举个例子，这是一个中子里面有三个跨客，如果把其中一个下跨客通过弱力变成上跨客，其他两个跨客不变，这个中子就会变成质子。 质子和中子互相转换有啥用呢？太有用了。比如说元素周期表里面的铁元素 通过俘获俩中子，然后用弱力把一个中子变成了质子，这个铁元素就能变成古元素。同样道理，古元素俘获俩中子后也会变成孽元素， 孽元素俘获中子后会变成同元素，同元素俘获中子后会变成惜元素。以此类推。就像贪吃蛇游戏一样，原子核不断的吃，中子，越吃越大，越吃越大就可以变成后面所有的元 速。物理学家把这个过程叫中子俘获，主要在超新星爆发或者中子星碰撞的时候发生。 比如说二零一三年，天文学家观察到两个中子星碰撞，撞出了二十个地球大小的黄金哇，所以元素周期表里面，铁之后的元素主要通过中子俘获来的。 铁之前的元素是怎么来的呢？宇宙大爆炸的时候，只产生了最小的侵害，里三种元素后面的元素都是在恒星内部生成的，比如说太阳内部，一千万度的时候会出现氢元素燃烧，四个氢元素分三个步骤 一步步合成了害元素。两亿度的时候会出现害元素燃烧，三个害元素会合成一个太原素。然 太元素会俘获至子，变成带元素和氧元素。八亿度的时候会出现太元素燃烧，两个太元素合并变成那没奶。等元素二十亿度的时候会出现氧元素燃烧，两个氧元素合并变成龟苓瘤、绿亚钾、钙等元素。 铁之前的元素都是这样从小到大巨变来的，为什么是铁呢？ 看一张图，铁原子核的结合能是最高的，所以铁之前的元素能合聚变，铁之后的元素就聚变不了了，只能通过中子俘获的方式变成更重的元素。 这一套元素起源理论叫 b2f h 理论，也是一九八三年诺贝尔物理学奖的成果。无论是核聚变还是中子福祸落力，都起了非常大 大的作用。如果没有弱力，百分之八十的元素都无法形成。如果没有这么多元素，生命也就不会诞生。 若丽能让跨客互相转换，进而实现至子、中子互相转换，最终辅助创造了百分之八十的化学元素。听没听懂，点个赞支持一下呗。

一个物理学家哈，究竟是一份什么样的工作？呃，爱因斯坦曾经用一个年轻人坐在火炉上的那个比喻啊，来形容他的广义相对论。您的这些重要的理论有没有想过用一种比喻或者通俗的说法呢？我们平常觉得 物理世界左右是对称的，就是说香港的汽车，这个开车的人坐在右边，北京的汽车开车人坐在左边。 假如你坐两个汽车左右是绝对对称的，那么一九五七年通过了吴建雄的实验证明，说是不是这么回事情，是因为有一种很奇怪的力量 叫做弱力，这个弱力左右不对称，因为当时是打破了几十年的一个人认为是绝对对的这个定律，所以说的当时非常轰动，不到一天，一天到跟我就得到了尔诺贝尔奖。

一库伦的电河就是一库伦吗？一公斤的质量就是一公斤吗？凭什么四大基本相互作用可以被统一？ 之前我已经为大家科普了，弱电统一，也就是弱力和电磁力是通过非常抽象的规范对称性统一起来的。我们可以暂时把弱力给忘了，你也可以认为弱力等于电磁力。现在我们只需要关注引力、电磁力和强力。相信大家都知道，强力最强， 电磁力第二，引力第三，不考虑弱力。既然这三种力的强度不同，凭什么他们可以被统一起来呢？可能这实力认为不对啊，除了力的强度，我们还要看距离啊。 确实，你的强度会随着距离而变化，由距离越小，引力就越强，距离越小，电 力就越强，强力则相反，距离越小，强力就会越弱。可能这时你就会认为这三种力在慢慢接近， 甚至在某种尺度下，这三种力的强度是一样的性。真的有那么简单吗？和电磁力都遵从平方反比定律，也就是说这两种力变强的速度是相同的，而电磁力本身又比影力强，函数不会相交。 单单依靠平方反闭定律，引力是追不上电磁力的。因此，我们需要让引力遵从立方反闭定律， 甚至是四次方反比定律，你才有机会追上电磁力的速度。等下会详细解释，让我们来聊聊强力。强力的强度会向引力和电磁力靠近，但是必 近受死的骆驼比马大，能力比引力强太多，能力与引力也有一些差距，因此还需要两个条件，第一，力的强度必须急剧下降。二、 电磁力的强度也必须稍稍的增加，追赶上强烈的强度，只有满足这三个条件，这三种力才有可能在某种尺度上被统一起来。至于这个尺度是什么，想必大家都已经猜想到了。 这个统一尺度叫做普朗克长度也会有一个简单的推倒。本期视频将会为大家科普 量词常论重整话，我们先聊聊电磁力吧。假设这两个带电粒子设到的是库伦里，是五牛顿，如果我们把它们放进水中，不改变距离和电和大小，库伦里依旧 就是五牛的人吗？当然不会，这哭了，你一定会变小，带点粒子会让窃窃你的原子发生极化， 极化后的原子产生的反向的电场，抵消的带点离子一部分的电场，所以库罗丽就变小了。化学的应该对这个屏蔽效应不会感到陌生。 既然距离从来没有改变过，那么我们是否可以认为电盒在水中变小了呢？当然了，带电粒子依然是那个带电粒子，从未变化过。我们只能认为带电粒子与戒指发生的相互作用才导致窟窿力变小。 不过确实确实有能力让电盒看起来变小。因此所要带电粒子的电盒必须在真空中进行测量。所有的电盒都是在真空中被定义。假设电 子的电鹤在真空中是库伦里，那么他的电鹤却是一库伦呢？真的有那么简单吗？空中确实没有原子， 没有原子棋划这些乱七八糟的概念，这前提就是需要真空是绝对空的。可是你们都知道真空并不空啊！真空不空不是猜想，也不是科幻情节， 而且真真实实存在的已经有许多，顺利证明出名的卡西米尔效应并不影响我们的电盒测量，库伦的电盒不再是移库轮呢？那么距离真空是如何影响带电离子的电盒呢？ 很简单，我们真空中充斥着电子，正子，虚子对一正一负，电盒是守恒的，像是短暂不守恒的，是被不确定性原理所允许的。带电粒子会让真空中的虚电子 阵子对发生极化，减少带电鹤本身的电场，这现象就是真空气话。换句话说，由于存在屏蔽效应，所以我们在真空中所观测到的库伦电鹤并不是带电粒子。真正的电鹤。带电粒子十字的电鹤比我们想象中更大。 当我们接近带电粒子时，这个屏蔽效应就消失了。观测到电盒变得更大，带电粒子实施的电盒就是裸电盒。电磁力比想象中更大。用比较专业的术语来说，电磁力强度精细结构长数不是长数的距离变化的。 显然这些都已经被实验所证明这个真空计划是真实存在的。总的来说，电磁力的强弱正在向强力的强度逼性力是由电荷负责的，是由色核负责的， 被强力所主导的夸克也会让真空发生计划。强力也存在屏蔽效应，同时强力没有反屏蔽效应， 而且这个反屏蔽效应大于屏蔽效应。也就是说，距离越小，我们观测到的色合大小或者强力的强度反而比想象中更小。对于电磁力完全相反，也就是所谓的渐进自由。由实验证明了，为什么强力有反屏蔽效应， 其实关系到了负责强力的胶子有色核这一试试，负责电池里的光子没有电盒， 所以电磁力不存在反平臂效应，会出现强力系列在为大家详细科普，这里暂时就不详细讨论了。总这里必须知道，距离越小，以强队的下降速度会比你 想象中更快。这个建立自由把强力从神坛给拉下来了，让电磁力和强力拥有被统一的可能性。在广义相对论里，时空是非常平滑的。正处在量子世界里， 时空并没有我们想象中平滑，而是有掌握的是量子泡沫。我们可以这样说吧， 广义相对论是量子引力理论的低能有效常论，适用于比较大的尺度范围，小的尺度下， 引力的强度或许没有我们想象中那么小，引力甚至有机会追上电磁力的强度。如果引力也向其他三种力遵从不确定性原理， 那么理论上两个例子之间距离越小，尤其当距离小于例子本身的康普顿波长是动力 量不确定性就会越大。动量不确定性大，意味着动量大，量越大，能量就越大。智能等价，自己受到的盈利比想象中更强。好了，这里有个非常简单的推导，明白可以跳过加熟悉万人迷公式， 由于智能等价，所以质量相可以被能量相所取代，或者这个光速相，这是之前科普过的动量能量关系是刚才我也说过了，我们这个情况，动量是非常大的，所以当动量非常大时，粒子的能量可以这样写， 这一个长处可以忽略不计。这是不确定性原理，我们可以把它重新写成这样的形式，他们带入万元引力的公式，我们就可以得到。这个这里不难看出，如果引力有 样子效应，那么遵从四四方反比定律说平方再平方，我们还可以测算一下引力和电磁力的强度在什么尺度下是相同的。这是酷能力的公式，我们可以写成这样的形式，这里可能你会有点懵，这很正常， 物理学家比较喜欢用自然单位置，尤其是研究量子物理，这里你接受就行了。当然呢，在这个单位置下，面盒是无亮钢的， 电盒的数值也需要被重新定义。这个无良钢的电盒不太重要，我们可以把它给删了。接下来，让引力和电磁力的公式相等，所以我们就得到了普朗科长度。换句话说，引力和电磁力的强度在普朗科尺度下是相同的。这就是为什么四大基本作用能够 被统一起来。真空即化、渐进自由以及量子泡沫能够使这四种基本相互作用的强度或多或少聚集在一个点上。不过，我们这里还需要强调以下几点，第一点，对于引力的情况下， 其实统一弱电相互作用和强相互作用本身就是一个大难题。量则常论的重整化考虑，让这三种基本相互作用的偶和长处聚焦在一个脸上，而是有一点偏差。第二点， 就算是之后的超对称理论把这个误差修正了，让他们全汇聚在一个点上，目前也没有任何实验能够支持这个大统一理论。理论预测，统一的能量是一千多万焦耳能量，大约相当于一个成年男子一天获取的热量 看似很小，但你可别忘了，要想把基本粒子加速到这个级别的能量，并不实现意识。嗯，粒子加速器能达到的能量，或许你会发现他们差距非常大。 想达到这个级别的能量，必须有非常大的粒子加速器，大约零点一光年，至少在力求上是不可能实现的。达到普朗科能量就更不现实了， 因为这个粒子加速器的半径必须达到银河系的半径。当然了，还有是那么直接的方法， 也就是通过实验证明质子会衰变，这是因为大统一理论允许重子数对称性被打破，可惜的是，因为是超级弹射器，依然没有发现到质子会发生衰变。第三点，量子引力只是个理论，没有任何实验能证明，何况广一 相对论无论在小尺度还是大尺度都非常符合观测。不过，黑洞里的量子效应能为我们提供一个新的思路。这里之后会再聊。好了，本期视频到此为止，喜欢这期视频的可以帮忙点个赞，我们下期见！