宇宙是什么

2. 粒子以投接球方式传递力

  前文曾提过“电磁力产生于交换‘光子’这种玻色子的过程中”。我本想就这样一笔带过，可是恐怕不少读者会难以接受吧。因为这句话意味着，磁铁的S极与N极之间的吸引力也是由“光子”这种粒子传递的。按照常理来说，我们对这种说法难以释然也并不奇怪。

  在标准模型中，电磁力、强力和弱力全都是以“粒子（玻色子）的‘投接球’”形式来表现的。这里，我先列举一下传递各种力的粒子的名字：传递电磁力的粒子是光子；传递强力的是胶子；传递弱力的是W玻色子和Z玻色子。除此之外还有尚未发现的“引力子”，顾名思义，它被视为传递引力的粒子。

  我们在感觉上，很难想象出粒子传递力的情况。不过，彼此分离的物质之间既然出现相互吸引或排斥的现象，那么它们之间应该会存在某种“交易”。

  我们用一个例子来说明这种情况。请想象一下池塘的水面上漂浮着A和B两只木筏，两只木筏上的人正在玩“投接球”游戏。假如池塘的环境中没有风，水面也如同镜子一般处于完全静止的状态。这时，如果从A向B投球，那么在反作用力的影响下A会稍微后退一定距离。对于B来说，接到球的B也会顺势略微后退。在旁观者看来，“交换”球的A和B就呈现出了互相“排斥”的情况。

  如果将上面的球看作玻色子，那么玻色子“传递力”这件事就比较容易理解了。当然，这个例子中忽略了“吸引力”，仅仅解释了“排斥力”。实际上，粒子之间的交换情况会更复杂。不过，如果两只木筏之间不玩“投接球”游戏的话，那么两只木筏就都不会移动。质子和中子的结合、磁铁间的吸引或排斥，都是因为物质在互相吞吐、交换玻色子。

  那么，光子的交换中产生电磁力，究竟是怎么回事呢？在标准模型的三种力中，电磁力离我们的日常生活最近，所以我想先讲解电磁力。

  不过，现在还不能马上进入正题，还需要讲一点背景知识。“量子电动力学”阐明了光子传递电磁力的机制，是包括了电磁学、相对论以及量子力学的大统一理论。先了解一点该理论的知识，会更容易理解电磁力的产生。现在，我们又要暂时绕道了，不过常言道“欲速则不达”，为了能理解标准模型的全貌，我想先简单介绍相对论、量子力学中与之相关的重要部分。