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磁鐵的磁力看不見摸不著,到底是怎麽傳遞的?

2024-10-25科學

磁性所呈現的吸力,它歸屬於電磁交互作用的範疇。電磁交互作用是我們所知的自然界四大基本力之一,也是我們了解最為深入、生活中最為常見的一種力。

有些人看到兩塊磁鐵相互吸引就立即聯想到萬有重力,誤以為是重力在起作用。然而,這種觀點是錯誤的。重力的實質是品質造成時空的彎曲,它是一種比電磁力弱得多的力量。而電磁力則是由物體間的電荷引起的,它透過帶電粒子與電磁場的交互作用形成力場。

我們在日常生活中觀察到的大多數力,如電力、摩擦力、彈性力、機械力等,其實都是電磁力的表現。因為聲波屬於機械波,所以它也可以被視作電磁力的一種體現。

磁鐵因其特殊的原子內部結構而具有磁矩,從而產生磁場,並能進行電磁轉換。因此,磁鐵的相互吸引不過是電磁力的一種體現。

無論是汽車、火車、飛機、人類還是螞蟻的移動,都離不開彈性力、機械力、摩擦力及電力的作用,也就是說,這些都是電磁力的表現形式。

電磁力透過光子作為媒介傳遞能量。這些光子透過電磁場傳遞能量,它們以電磁波的形式傳遞,具有波粒二象性。換句話說,它們是電場與磁場在空間中衍生發射的震蕩粒子波,以波動形式傳播。

在四大基本力中,電磁力的強度排在第二位,比強交互作用力要弱。如果將強交互作用力的強度設為1,那麽電磁力的強度大約為1/137,弱力為10的-13次方,重力則為10的-39次方。由此可見,重力是相當微弱的一種力,與強力和電磁力的強度相差極大。

重力和電磁力都是遠端力,作用範圍極遠,至少在理論上可以達到無限遠的距離,並且都與距離成反比。這兩者還有一個共同點,那就是它們主要在宏觀世界中表現出來。重力多見於天體的執行,而電磁力則在我們日常生活中的各種現象中得到體現。

與此同時,強力和弱力主要作用於我們日常難以觀察的微觀世界。強力主要存在於中子和質子之間,而弱力的作用範圍更短,主要影響誇克、電子和微中子等。

關於這些力的傳遞媒介,目前對電磁力和強力、弱力的媒介已經有了較為清晰的認識。正如前面所提及的,電磁力是由光量子傳遞的。但需要註意的是,並不是所有光量子都會產生光。光有可見光與不可見光之分,不可見光透過無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線等形式傳遞。

再深入來講,電磁力的傳遞媒介並不是實體光子,而是虛光子。

強力的媒介是膠子,而弱力則是由費米子或玻色子傳遞。至於重力的媒介,目前仍未有定論。雖然量子力學理論認為重力是由重力子傳遞的,但這僅僅是一個假設,至今仍未找到重力子的任何直接或間接證據。

人類目前所發現的所有現象都可歸因於這四大基本作用力,其中電磁力是我們了解最為透徹的,其規律在馬克士威方程式組和勞侖茲力公式中都有明確的闡述。