导读：迄今为止物理学家们已经发现了宇宙可见物质中全部的四大基本力，所有观察到的物理现象本质上都能用四种基本相互作用力得到描述和解释。也正因为如此，无数物理学家们渴望把四种基本力综合到一起，成为一个完善的物理学终极理论，也就是爱因斯坦晚年致力于的“大统一理论”

由于我们的宇宙是由微观粒子构成的，因此粒子之间的万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力决定了宇宙中的一切，相比其他三个基本力，引力是我们最为熟悉的，但它却是最弱的力，日常生活中的小质量物体之间的引力作用基本忽略不计也感觉不到，但在天体运行中可以清楚的感觉到引力的存在以及带来的影响，热映的《流浪地球》中就用到了木星的引力弹弓效应。

本章将带你了解四种基本力的作用和联系。主要内容摘录自灵遁者先生书籍《变化》

正文如下：

引力：引力是一种时空性质，使得物体和能量具有相互吸引的作用叫引力。

电磁相互作用：即是带电粒子与电磁场的相互作用以及带电粒子之间通过电磁场传递的相互作用。它是自然界的一种基本相互作用。电磁力遵循库仑定律。

强力作用：强相互作用是自然界四种基本相互作用中最强的一种。最早研究的强相互作用是核子（质子或中子）之间的核力，它是使核子结合成原子核的相互作用。自1947年发现与核子作用的π介子以后，实验中陆续发现了几百种有强相互作用的粒子，这些粒子统称为强子。

弱相互作用（又称弱力或弱核力）会影响所有费米子，还有希格斯玻色子；弱相互作用是除引力相互作用外唯一一种对中微子有效的相互作用。次原子粒子的放射性衰变就是由它引起的，恒星中一种叫氢聚变的过程也是由它启动的。

他们的特点：

引力作用：1、长程力，无限长。

电磁作用：1、长程力，无限长。

强相互作用：1、短程力约为10的负13厘米。

弱相互作用1、短程力约为10的负17米到10的负16米。

接下来我再来了解一下统一理论的研究过程：

首先是弱电统一理论

60年代格拉肖、温柏格、萨拉姆三位科学家提出弱电统一理论，把弱相互作用和电磁相互作用统一起来，这种统一理论可以分别解释弱相互作用和电磁相互作用的各种现象，并预言了几种新的粒子，他们因此荣获1979年诺贝尔物理学奖，1983年实验发现了理论中预言的粒子，进一步证明了理论的正确性。

1973年，美国科学家帕提和萨拉姆提出了统一描述夸克和轻子的帕提-萨拉姆模型，预言了质子的衰变。

今天我们已经知道自然界一共有4种相互作用，这4种相互作用强度大小和作用范围都相差悬殊，也大相径庭。例如，引力的强度只有强相互作用力的100万亿亿亿亿分之一，引力的作用范围却非常大，从理论上说可以一直延伸到无限远的地方；而强相互作用力的范围却很小很小，只有1厘米的10万亿分之一，说强相互作用力是短程力；弱相互作用力也是短程力，力程不到1厘米的1000万亿分之一，强度是强相互作用力的1万亿分之一；电磁力与引力一样是长程力，但它的强度要比引力大得多，是强相互作用力的1/137。

4种相互作用在性质上看来有明显的差异，然而科学家们却在思索：自然界为什么有这4种相互作用？这4种相互作用是否只有差异而无共同之处？

这4种相互作用能不能在一定条件下得到统一的说明？从科学史来看，第一个认真思索并付诸行动的是物理学家爱因斯坦。爱因斯坦在完成广义相对论的理论建设后，就一直在考虑能不能把引力相互作用和电磁相互作用统一起来。

从60年代起，温伯格就着手弱相互作用与电磁相互作用的统一。统一之路并不平坦，温伯格甚至不清楚该从哪里入手。从50年代末到60年代，在基本粒子理论领域里，对称性自发破缺理论获得了较大的发展。

例如，李政道和杨振宁在1956年就已发现弱相互作用里的一种破缺对称性（即破缺手征对称性）。所谓对称性自发破缺理论，通俗地说，它认为一些不同的现象或规律可追溯到同一源头，最初有着共同的对称性，后来由于种种原因对称性被自发地破坏，这样我们就可以从对称性来研究它们的共性，从对称性自发破缺机制来研究它们的特殊性。

1965年起温伯格也开始了关于对称性自发破缺理论的研究，并渐渐意识到这将是通向相互作用统一理论的合适道路。1967年秋，温伯格终于确定弱相互作用和电磁相互作用可根据严格的、但自发破缺的规范对称性的思想进行统一的表达。他的理论结果发表在这一年的《物理评论快报》上，题目是“一个轻子的模型”。

这是科学上第一个成功的相互作用统一理论。理论中所预言的中间玻色子W和Z，在1983年被欧洲核子研究中心找到。弱电统一理论的成功，肯定了相互作用统一思想的正确性，促使许多科学家进一步去研究把强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用统一在一起的大统一理论，以及把引力相互作用也统一进去的巨统一理论。

发展到后来的强、弱、电磁三种作用统一理论

70年代中期，人们进一步提出强、弱、电磁三种作用统一的大统一理论。也就是规范场论，规范场论在物理学上具有非常重要性的地位，它精确地表述了自然界的三种基本力的实验预测，它是一个规范群为SU(3) × SU(2) × U(1)的规范场论。规范场的理念最早由外尔提出，杨振宁的杨-米尔斯理论为现代规范场论打下了基础。

规范场论 (Gauge Theory) 是基于对称变换可以局部也可以全局地施行这一思想的一类物理理论。非交换对称群的规范场论有时也称为杨-米尔斯理论。物理系统往往用在某种变换下不变的拉格朗日量表述，当变换在每一时空点同时施行，它们有全局对称性。规范场论推广了这一思想，它要求拉格朗日量必须也有局部对称性—应该可以在时空的特定区域施行这些对称变换而不影响到另外一个区域。这个要求是广义相对论的等价原理的一个推广。

上面就是关于宇宙四种基本力的定义，和统一理论简单的过程。为什么引力不能纳入到规范场论中来。

就是我上面说的，引力是时空性质，其他三种力都是物体，粒子在时空的具体物质性质表现。所以甚至可以说只有引力是宇宙基本力，其他的三种力为附属基本力！也就是说正确的思路，思维应该是这样的。如何将其他三种力纳入到引力范畴中来。

有两个攻克方向：1、引力是时空性质，时空是能量时空。所以将引力能量化，和量子力学去接近，才是正途。

2、能量时空必须量子化，建立一个微分的非线性波动方程，或者方程组，这样才能将现有的规范场论规范群SU(3) × SU(2) × U(1)的理论收纳进来。

任何量子粒子的波粒二象性和自发性破缺，不缺定性原理都告诉我们宇宙是一个即确定又不确定的宇宙。

宇宙的不确定性在于它的“自发性”，这是一个真理！ 就好像上一章讨论的引力与电磁力的关系时，我们说光即是一种电磁波，又是一种质量波，能量波。那么大质量物体偏转它的时候，我们是说大质量物体作用的是质量，能量，而不是“电磁”，但电磁本身需要物质粒子作为载体，就自身不可避免的被牵涉进来。自己又说不清自己，这就是宇宙的奇妙和矛盾之处。

这种奇妙之处的具体体现是什么呢？有一个就是平方反比定律。所以我也不认为牛顿引力公式的平方反比和库仑定律的平方反比是偶然。显然不是偶然，是有深意在里面的。就是上面我所说的，他们好像有纠缠，甚至是不可分离的。

但它们不是同一种力，也就是引力和电磁力是两码事，不是同一种力，有本质区别！

摘自独立学者，科普作家，艺术家灵遁者书籍《变化》