力到底是什么?
如今对我们来说,“力”这个概念似乎是很自然存在的,好像它就像是桌上的纸和笔一样实在。但是你想过没有,你看到过“力”吗?或者说,你摸得到力吗?
实际上,各种力是在牛顿时代所奠定的,牛顿在他的著作《自然哲学的数学原理》当中,定义了重力,向心力等等力学概念。
而他在论述这些力学概念时,如果你有仔细研读过这本书,就会发现,他其实都用到了实验和测量的方式。换句话说,他并不是直接看到了这些力,而是一些工具测量到了。
所以,发现没有?牛顿其实是基于“现象”来定义“力”的。这就会有一个问题,你定义这个叫做“力”,别人也可以取个名字,比如就叫做:作用。你别觉得这是在胡扯,实际上这样的事情在科学史上真的发生过好几回。
真的存在万有引力吗?
就拿万有引力来说,对于牛顿来说,他先假设了绝对的空间和绝对的时间,具体来说就是时间是均匀流逝的,空间的尺度对于每个人都是一样的,并且他还认为时间和空间相互独立的。
在这样的前提假设下,他认为存在一种力叫做引力,引力是一种超距作用,可以完成瞬间地传递。当然这里并没有涉及到任何和介质有关事情。
但同样是看到“地球绕着太阳转”的现象,也就是说引力现象。爱因斯坦认为时间和空间并不是绝对的,而且它们还应该合起来对待,并称为时空。当然,这个假设并不是乱给出的。实际上,爱因斯坦是基于两条基本假设推导出的这个结果。
在这样的基础之上,爱因斯坦则认为并不存在“引力”,而引力现象的本质其实是时空的扭曲。比如,地球压弯了周围的时空,月球其实是沿着时空的测地线在运动,补充一点,这里的测地线其实类似于平面上的“直线”。
所以,你看同样的一个现象,其实不同的物理学家有不同的解决方案。那到底最后以谁为准呢?
这时候就要比拼一下谁的理论更接近现实,或者说谁的理论更准。目前来看,爱因斯坦的广义相对论要比牛顿的万有引力定律更精准一些。
所以,“万有引力”又是不存在的。当然,我们不保准,未来又有哪位大神跳出来搞出一套更厉害的理论。
用“作用”取代“力”
到了上世纪50年代左右,“力”的概念再次被颠覆了。
科学家发现,按照牛顿的理论,力可以改变物体的状态。但是他们发现了新的物理学现象,在微观世界中,就出现了“力”改变了粒子的种类。比如:衰变现象,中子衰变成质子,电子,中微子。
这是不符合牛顿对于“力”的定义的,换句话说,“力”的概念已经不太够用了。后来,科学家利用加速器发现了大量的粒子,数下来大概有100多多种。
除此之外,科学家还发现了在宇宙中存在着四种基本作用,分别是强相互作用,弱相互作用,电磁相互作用,引力。
其中强相互作用和弱相互作用实际上是在原子核层面的“力”,引力是描述两个物体之间的吸引力,由广义相对论进行了诠释。电磁力则是我们日常生活最常见的,应该说是除了引力,我们日常接触的都是电磁力。比如:摩擦力,支持力等等本质上都是电磁力。
而且科学家还发现,物体之间的作用其实是通过“场”来实现的。比如,最常见的“场”其实就是磁场。
于是,科学家用“作用”替代了“力”,基于“粒子”、“作用”、“场”这三个物理学概念构建了一套的全新的理论,这套理论被我们称为粒子物理标准模型。
把四大作用力中的三个,以及粒子,还有场统一了起来。
可能你要问了,那到底什么是“场”,实际上,“场”是空间的一种属性。所以它和“介质”完全就是两码事了。
所以,在物理学中,力的传播,用如今的物理学理论来看,实际上是用“作用”替代了“力”,而传递作用的是“场”。