四种自然基本力能实现统一吗
从走在街上，到向太空发射火箭，到把磁铁粘在冰箱上，各种物理力都在我们周围起作用。自然界中力形式千千万万种，但我们可以把这些力归类为以下四种基本自然力：
- 引力
- 弱核力
- 电磁力
- 强核力
它们被称为自然四种基本力，支配着宇宙中发生的一切。
自然界的四种基本力量是宇宙中每一种相互作用的根源。
引力
引力是两个有质量或能量的物体之间的吸引力，无论是从桥上掉落岩石、环绕恒星的行星还是引起海洋潮汐的月球，都是因为存在引力所致。引力可能是最直观和熟悉的基本力量，但它也是最不易解释基本力之一。
艾萨克牛顿是第一个提出万有引力概念的人，据说是受到了从树上掉下来的苹果的启发。他把引力描述为两个物体之间的字面引力。几个世纪以后，阿尔伯特·爱因斯坦通过他的广义相对论提出，引力不是字面上的“引力”。相反，这是物体弯曲时空的结果。一个大的物体在时空上作用，有点像一个大的球放在一张纸的中间，它会影响它的材料，使它变形，并导致薄片上其他较小的物体落向中间。
引力扭曲时空
虽然引力将行星、恒星、太阳系甚至星系聚集在一起，但从分子和原子尺度上来说，事实证明它是最微弱的基本力量。在分子和原子尺度上，引力对其他基本力几乎没有影响。
弱核力
弱核力也称弱核相互作用，是粒子衰变的主要原因。这是一种亚原子粒子向另一种原子的变化。例如，一个离中子很近的中微子可以把中子变成质子，而中微子变成电子。
物理学家通过称为玻色子的带力粒子的交换来描述这种相互作用。特定种类的玻色子负责弱力、电磁力和强力。在弱核力作用下，玻色子是称为w玻色子和z玻色子的带电粒子。当质子、中子和电子等亚原子粒子相互之间的直径在10^（-18）米（或质子直径的0.1%）以内时，它们可以交换这些玻色子，交换的结果，亚原子粒子衰变为新粒子。
弱核力对核聚变反应至关重要，核聚变反应为太阳提供能量，为地球上的大多数生命形式提供所需的能量。这也是为什么考古学家可以使用碳-14来测定古代骨骸、木材和其他文物的年代。碳-14有六个质子和八个中子；其中一个中子衰变为质子，生成氮-14，氮-14有七个质子和七个中子。通过预测这种衰变进展，使科学家能够确定这些文物的年代。
- 图：弱力对核聚变反应至关重要，核聚变反应为太阳提供能量，为地球上的大多数生命形式所需的能量。这是美国航天局太阳动力学观测站看到的2016年7月23日太阳爆发的M7.6级太阳耀斑的特写。
电磁力
电磁力，也称为洛伦兹力，作用于带电粒子之间，如带负电的电子和带正电的质子。相反的电荷互相吸引，而相似的电荷互相排斥。电荷越大，力就越大。就像引力一样，这个力可以从无限远的地方感受到（尽管在这个距离上力会非常非常小）。
顾名思义，电磁力由两部分组成：电和磁力。起初，物理学家将这些力描述为彼此分离，但研究人员后来意识到这两个力是同一个力的组成部分。
电器元件在带电粒子之间移动，不管它们是移动的还是静止的，产生电荷相互影响的电场。但是一旦进入运动，这些带电粒子开始显示第二分量，即磁力。粒子在运动时会在它们周围产生磁场。因此，当电子通过电线充电给你的电脑或电话或打开电视时，电线变成磁性的。
电磁力通过无质量、带力的玻色子（称为光子）的交换在带电粒子之间传递，光子也是光的粒子成分。然而，在带电粒子之间交换的带力光子是光子的不同表现形式。据诺克斯维尔田纳西大学报道，它们是虚拟的，无法检测，尽管从技术上讲，它们与真实和可探测的版本相同。
电磁力在我们日常生活中最常见，如摩擦、弹力。鸟类和飞机飞行时的阻力也归类于电磁力。这些作用是由于带电粒子（或中和粒子）相互作用而发生的。例如，把书放在桌子上的法向力，是桌子原子中的电子排斥书原子中的电子的结果。
- 图：把书放在桌子上的力是电磁力的结果：桌子原子中的电子排斥书原子中的电子。
强核力
强核力，也称为强核相互作用，是自然界四大基本力量中最强的。据超物理网站报，它是引力的6000万亿兆兆（6之后39个零）倍。这是因为它把物质的基本粒子结合在一起形成更大的粒子。它将构成质子和中子的夸克结合在一起，部分强核力也使原子核的质子和中子保持在一起。
就像弱核力一样，强核力只在亚原子粒子彼此非常接近时才起作用。根据超物理网站的说法，它们之间的距离必须在10^（-15）米以内，或者大致在质子直径内。
不过，这种强大的力量是奇怪的，因为与其他任何基本力量不同，当亚原子粒子靠近时，它会变得更弱。根据费米实验室，当粒子彼此离得最远时，强核力达到最大强度。一旦进入强核力范围，称为胶子的无质量带电玻色子就在夸克之间传递强大的力，并使它们“粘”在一起一小部分称为残余强核力作用于质子和中子之间，原子核中的质子因其相似的电荷而相互排斥，但残余强核力可以克服这种排斥，因此粒子仍被束缚在原子核中。
统一性
四个基本力量的突出问题是，它们是否实际上只是宇宙的一种巨大力量的表现。如果是这样，它们都应该能够与其他的合并，并且已经有证据表明他们可以。
1979年，来自哈佛大学的物理学家谢尔顿·格拉肖和史蒂文·温伯格与伦敦帝国学院的阿卜杜斯·萨拉姆一起获得诺贝尔物理学奖，他们因将电磁力与弱核力结合在一起，形成了电弱力的概念。物理学家们努力寻找一种所谓的大统一理论，旨在将电弱力与强核力结合在一起，以定义电核力，模型已经评估过，但研究人员尚未观察到。然后，谜题的最后一部分需要将引力与电核力统一起来，以发展所谓的万物理论，一个可以解释整个宇宙的理论框架。
- 图：许多物理学家的目标是在一个统一的理论下统一基本力，这个理论框架可以解释整个宇宙。
然而，物理学家发现很难将微观世界与宏观世界结合起来。在很大程度上，尤其是天文尺度上，引力占主导地位，最好方法是用爱因斯坦的广义相对论来描述。但在分子、原子或亚原子尺度上，量子力学最能描述自然界。到目前为止，还没有人想出一个好办法来融合这两个世界。
研究量子引力的物理学家用量子世界来描述力，这可能有助于合并。这种方法的基础是发现引力，是携带引力玻色子的理论力。引力是物理学家目前无需使用携带力的粒子就能描述的唯一基本力。但是，由于对所有其他基本力的描述都需要携带力的粒子，科学家预计引力必须存在于亚原子水平上——研究人员还没有找到这些粒子。
使这个“故事”更加复杂的是暗物质和暗能量的无形领域，它们约占宇宙的95%。目前还不清楚暗物质和暗能量是否由单个粒子或一组具有自身力量和信使玻色子的粒子组成。
当前感兴趣的主要信使粒子是理论暗光子，它将介导可见和不可见宇宙之间的相互作用。如果存在暗光子，它们将是探测暗物质隐形世界的关键，并可能导致发现第五种基本力量。到目前为止，还没有证据表明暗光子存在，不过，一些研究提供了强有力的证据表明暗光子不存在。
