宇宙是什么

11. 电磁力：让原子与原子结合的力

  “基本粒子传递力”究竟是怎么回事呢？要回答这个问题，需要先了解一下电磁力。

  在自然界的四种力中，电磁力与我们的密切程度仅次于引力。例如，“磁铁吸附铁”“摩擦后的垫板靠近头部会把头发吸起来”“天空中出现的闪电”等现象全是由电磁力引起的。

  但是，电磁力并非只作用于这些特殊现象。原子与原子能结合成分子，这也是电磁力在发挥作用。例如，我们靠在墙上时，身体不会穿过墙壁倒下去，这是因为原子在电磁力的作用下互相连接，形成了稳定的结构。

  如果没有电磁力，那么所有物质都会被分解到原子的层级。届时，我们的身体和墙壁也都不复存在。当然，水和空气也无法形成，因此即使我们保留了身体也无法生存。

  另外，一些重要的实验中也有电磁力的身影。为了确认原子的结构，卢瑟福曾用α粒子轰击金箔，一些α粒子能被原子核弹回，这也是电磁力造成的。原以为散布于原子内部的电荷，其实集中在原子中央，因此这些电荷的斥力把α粒子弹了回去。

  从麦克斯韦创立电磁学以来，这种现象就被解释为“电荷”与“电磁场”（电场和磁场）的相互作用。电荷是表示物质与电磁场之间连接强度的物理量。存在电荷的地方就会产生电磁场，电磁场中的作用力，可以用具有方向的矢量来表示。

  以卢瑟福的实验为例，α粒子轰击的目标原子核，本身就带有正电荷，它的周围存在电场。我们可以把电的作用力想象成以原子核为中心向所有方向延伸的箭头。

  卢瑟福发射出的α粒子呈现出了各种弯曲的轨迹。即便是那些穿过金箔的α粒子，其运动轨迹也不是直线。这是因为，电磁力的作用距离是无穷的，即使α粒子从距离原子核较远的地方通过，也必然受其影响。从原子核的左右两侧通过的α粒子，会在侧面受到作用力，于是便呈现出了略微弯曲的运动轨迹。

  被金箔直接弹回的α粒子，是向原子核正面运动的粒子。“弹回”这种说法，可能会让人感觉是“撞击到坚固的中心部位后弹回去”，但实际情况并非如此。在原子核正面的α粒子，其实与从原子核侧面通过的粒子一样，都会在电的斥力作用下呈现出弯曲的运动轨迹。从近乎正面受到斥力的α粒子被弹回，其实是这些粒子的弯曲程度接近了180度。

图3-7 金箔实验