当我们提到自然界中的基本定律时,我们可以把一切分为四种基本力,它们支配着宇宙万物:强核力、电磁力、弱核力和引力。强核力将质子和中子中的夸克束缚在一起,并将原子中的质子和中子束缚在一起。电磁力作用于带电荷的粒子之间,同种电荷之间的力互相排斥,而异种电荷则互相吸引。弱核力制约着放射性现象,将较重以及不稳定的粒子转变为较轻的。引力在引力的作用下,地球、太阳系、恒星和星系才能够被紧紧地束缚在一起。
在不同的尺度下,这四种基本力的强度有所不同。在最小的尺度下,强核力独领风骚,它能够克服电磁力的排斥,将原子核紧紧束缚在一起。但在更大的尺度上,电磁力开始接管,例如在铀-238中,原子核间的排斥力太大,强核力无法再将它们全部紧紧地捆在一起。在星系和星系团的尺度上,引力成为了主导力量,它能够克服电磁力的作用,将星系和星系团紧紧地束缚在一起。
然而,在更大的尺度上,比如横跨宇宙中的10亿光年,暗能量开始显现其地位。暗能量是一种未知的力,它足以克服最大质量星系和星系团之间的引力吸引,导致宇宙在加速膨胀。尽管暗能量在绝对大小上是最弱的,但在广袤的宇宙中,它最终会统治一切,支配着宇宙的命运。
物理学家的最终目标是把这四种基本力都统一到一个框架中。今天讨论这四种基本力,并不是为了讨论统一理论做准备,只是为了引出明天的《第五种力,是事实还是虚构?》。