為了回答這個問題,我們必須先釐清幾個概念。
先來說說力的概念,現代科學更願意把“力”稱為“相互作用”,因為根據牛頓第三定律,力都是相互的。根據量子力學,力是通過交換特定粒子來實現相互作用的。到目前為止人們發現自然界存在四種相互作用力,即強相互作用、弱相互作用力、電磁力和引力。強力發生於原子核核心子之間以及核子
內部夸克之間,是通過傳遞“膠子”來實現的;
弱力發生於次原子粒子的放射性衰變中,如β衰變,是通過W及Z玻色子的交換引起的;
電磁力是我們日常生活中接觸最多的,包括彈力、拉力、摩擦力等等,“光子”即是電磁輻射的載體,又是傳遞電磁作用的基本粒子,這裡的光子指的是“虛光子”,即不可觀測的光子;
最後對於引力,愛因斯坦廣義相對論認為引力是時空彎曲的幾何效應,不需要粒子傳遞,
但量子力學在粒子標準模型中假想一種叫“引力子”的粒子在傳遞引力,只不過至今沒有找到。
還有一個問題是,“力的速度”指的是力的作用速度還是力的傳播速度?因為有的力只有相互作用,是沒有傳播的,比如說強核力和弱相互作用,它們都是短程力,都在10^-15m以下,因此它們只有作用速度,沒有傳播速度。而有的力是以傳播的方式作用的,即傳播速度就是作用速度,比如說電磁作用力和引力,它們都是長程力。電磁作用就是以光子為載體和媒介的傳播和作用。總之,電磁力和強力、弱力無論是相互作用還是傳播都是粒子的運動。至於引力我們下面再談,好了,釐清這些概念,下面來回答一下。
正式的回答光速是宇宙中物體運動的最高速度,或者說是能量或資訊傳遞的最高速度,其中只有靜止品質為0的物體速度才能達到光速。而根據上面的介紹,四種作用力除引力尚不明確外,其他三種力的發生或傳播就是實物粒子的交換傳遞(或者說發射和吸收),那麼這些粒子的運動速度是不會超過光速的,因此這三種力,不管是作用速度還是傳播速度都不會超過光速。其中電磁力用光子傳遞,因此它的速度等於光速;弱作用的交換粒子W或Z玻色子的靜止品質很大,因此它的作用速度小於光速。強核力的作用粒子為膠子,膠子的靜品質也為0,但由於夸克禁閉,我們無法觀測到膠子的速度,不過它應該也為光速。至於引力,牛頓時代認為引力是超距作用的,即不需要時間,
但愛因斯坦反對這個說法,他認為即使引力是時空彎曲的幾何效應,引力的傳播也需要時間。他提出引力波的概念,認為是物體加速運動時給宇宙時空帶來的擾動,並從他的場方程中求得引力波的速度為光速。既然引力波是時空的漣漪,而引力又是時空的彎曲效應,那知道了引力波的速度,也就知道了引力的“傳播”速度。在發現引力波之前,人們只能用間接方法測量,直到2016年人類首次直接發現引力波,
特別是2017年10月16日,科學家首次發現的兩顆中子星併合產生的引力波及光學對應體,
測得它們的速度為光速。這也又一次證明了愛因斯坦是對的。
小結強相互作用的作用速度是光速,傳播速度為0。
弱相互作用的作用速度小於光速,傳播速度為0
電磁相互作用的作用速度和傳播速度均為光速
引力的傳播速度為光速,作用速度為0,因為所謂的引力只不過是物體在大品質物體周圍時空――引力場中作的“測地線”運動,根本沒有什麼相互作用。
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