量子力学的力体现在什么地方

我们都有过这样的经历：坐车的时候，司机一踩油门，你的背后就传来一股推力。这是加速度产生的推背感。按我们通常的理解，是汽车的座椅靠背传导了一股推力，但这种推背感到底是怎样产生的？这个力的本质是什么呢？

首先，力是一个宏观展现的概念。我们日常生活中感受到的力，大都是复合感受。这就好比一束太阳光，表面上看是白色，我们拿三棱镜一分解就发现，其实存在好几种颜色。量子力学就相当于这个三棱镜。

我们用量子力学把这种推背感分解以后，就会得到三种不同的排斥力。虽然有三种，但它们对你感受到的排斥力的贡献，是不一样的。第一种是静电排斥力。这个很好理解，椅背里有原子核，有电子；原子核带正电，电子带负电。正电和正电之间会相互排斥，负电和负电之间也会相互排斥。但这不是排斥力最主要的来源。第二种是量子力学的不确定性原理。你的身体挤压椅背上的原子，想让每个原子都变小一点儿，就会感到一种排斥力。但这也不是排斥力最主要的来源。贡献最大的是第三种，它来自量子力学的另一种原理，叫泡利不相容原理。提出这个原理的物理学家叫泡利。

“不相容”很好理解，意思是说，我占了这个地方你就不能占了，我容不下你。你的身体在往后靠的时候，原子挤在一起，一个原子的电子就有可能被挤到另一个原子那里。但是原来原子的电子占满了本来的地方，你要新加进来一个电子，就会感到一种排斥力。

有些科普书会把这种力叫作“简并力”。这才是推背感最主要的来源。按量子力学理论，上述的几种力再往下分解，最后会归结于四种基本相互作用。那么，什么叫基本相互作用呢？最底层不可还原的就是基本相互作用。

什么叫相互作用。很多科普书说，相互作用就像两个人在扔球。我扔球的时候，向后一仰。你接住球以后，也向后一仰。如果有个眼神不好的人站在远处看，他看不到球，就会以为，我隔空朝你施加了一个力，你朝我施加了一个反作用力。所以，粒子就是通过朝其他粒子扔球来施加作用力的。

这里说的扔球和接球的过程，都属于相互作用。这个比喻很巧妙，但有个地方它没有说清楚。就是这个球，是一个粒子，按量子力学，它也具有波粒二象性。所以，我们扔出去的其实是一朵粒子云。而且别忘了，我和你也是粒子，所以我们俩也是两朵云。如果你把自己缩小到量子尺度，就会发现两个粒子之间的相互作用，本质上就是两朵云，在不断发出和吸收第三朵云。那么这第三朵云是什么呢？有的云可以拆分，我们就继续往下拆。

当我们把所有的云拆到底层，不能继续拆分时，就会发现只剩下三种不同的云，分别对应三种不同的基本相互作用。按照从强到弱的顺序，排第一的是强相互作用，它一共会扔八种不同的云，这些云都叫作胶子。有了它，原子核里的质子、中子才能稳定地存在。强相互作用的作用距离很短，只在原子核内起作用，出了原子核就没效果了。

所以我们平时感觉不到。排第二的是电磁相互作用，它扔的云我们都应该很熟悉了，叫光子，是物理学家总拿它做实验的那个光子。它贡献了我们平时听说的化学键、分子间作用力，以及各种宏观世界的力，比如表面张力，静电力，磁力等等。电磁力的作用距离很远，我们平时经常感觉到。排第三的是弱相互作用，它会扔三种云，分别叫W+，W-和Z0玻色子。弱相互作用也只在原子核内有效，而且强度很弱，似乎没有什么存在感。但其实，弱相互作用很重要。

这三种相互作用加上万有引力，就是世界的四大基本相互作用。但量子力学在说到基本相互作用时，只能解释清楚其中的三个。就目前来说，万有引力还是广义相对论负责解释的，而量子力学和广义相对论这两套理论，还没有统一。