左叶小说网

手机浏览器扫描二维码访问

第5部分（第2页）

相互作用被唯象地分成四个范畴。

它们按照强度依序为：强核力，这只是强子之间的相互作用；电磁力，它是在带电荷的强子和轻子之间的相互作用；弱核力，它是在所有强子和轻子之间的相互作用；最后还有迄今为止最弱的，即引力，它是在任何东西之间的相互作用。

这些相互作用由整自旋的场所表示，这些场不服从泡利不相容原理。

这表明它们在同一态上可有许多粒子。

在电磁力和引力的情形下，其相互作用还是长程的，这表明由大量物质粒子产生的场可以叠加起来，得到在宏观尺度上能被检测到的场。

正因为这些原因，它们首先获得为之发展的理论：十七世纪牛顿的引力论，以及十九世纪马克斯韦的电磁理论。

牛顿理论在整个系统被赋以任何均匀的速度时保持不变，而马克斯韦理论定义了一个优越的速度——光速，所以这两种理论在本质上是相互矛盾的。

人们最后发现，牛顿引力论必须被修正，使之和马克斯韦理论的不变性相协调。

爱因斯坦在1915年提出的广义相对论达到了这种目的。

引力的广义相对论和电磁力的马克斯韦理论是所谓的经典理论。

经典理论牵涉到至少在原则上可以测量到任意精度的连续变化的量。

然而，当人们想用这种理论去建立原子的模型时产生了一个问题。

人们发现，原子是由一个很小的带正电荷的核以及围绕它的带负电荷的电子云组成的。

自然的假定是，电子绕着核公转，正如地球绕着太阳公转一样。

但是经典理论预言，电子会辐射电磁波。

这些波会携带走能量，并因此使电子以螺旋轨道撞到核上去，导致原子坍缩。

量子力学的发现克服了上述的困难。

它的发现无疑是本世纪理论物理的最伟大的成就。

其基本假设是海森堡的不确定性原理，它是讲某些物理量的对，譬如讲一颗粒子的位置和动量不能同时以无限的精度被测量。

在原子的情形下，这表明处于最低能态的电子不能静止地呆在核上。

这是因为在这种情形下，其位置是精确定义的（在核上），而且它的速度也被精确地定义（为零）。

相反的，不管是位置还是速度都必须围绕着核以某种概率分布抹平开来。

因为电子在这种状态下没有更低能量的状态可供跃迁，所以它不能以电磁波的形式辐射出能量。

在本世纪的二十年代和三十年代，量子力学被极其成功地应用到诸如原子和分子的只具有有限自由度的系统中。

但是，当人们尝试将它应用到电磁场时引起了困难，电磁场具有无限数目的自由度，粗略地讲，时空的每一点都具有两个自由度。

这些自由度可被认为是一个谐振子，每个谐振子具有各自的位置和动量。

因为谐振子不能有精确定义的位置和动量，所以不能处于静止状态。

相反的，每个谐振子都具有所谓零点起伏和零点能的某一最小的量。

所有这些无限数目的自由度的能量会使电子的表观质量和电荷变成无穷大。

在本世纪四十年代晚期，人们发展了一种所谓的重正化步骤用来克服这个困难。

其步骤是相当任意地扣除某个无限的量，使之留下有限的余量。

在电磁场的情形，必须对电子的质量和电荷分别作这类无限扣除。

这类重正化步骤在概念上或数学上从未有过坚实的基础，但是在实际中却相当成功。

它最大的成功是预言了氢原子某些光谱线的一种微小位移，这被称为蓝姆位移。

然而，由于它对于被无限扣除后余下的有限的值从未做出过任何预言，所以从试图建立一个完整理论的观点看，它不是非常令人满意的。

这样，我们就必须退回到人择原理去解释为何电子具有它所具有的质量和电荷。