相互作用是什么?

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作用力与反作用力的关系,是一个复杂的问题。 首先我们从定律上来说明这个问题。牛顿第三定律说“两个物体之间的作用力和反作用力大小相等、方向相反,且作用在一条直线上” 我们用F1代表作用于物体的第一个外力大小,方向沿x方向;用F2表示另一个外力的大小,方向沿y方向。根据牛顿第三定律我们可以列出关于F1和F2的方程式: F1=-F2 (1) 根据牛顿第二定律可以知道,物体受到的外力F1产生的加速度a1和受力F2产生的加速度a2是等大的,方向相反。 所以联合上面两方程式就可以得出 a1=-a2 (2) 我们把上面两个方程式组成一个方程组,解这个方程组就可以得到 F2=F1 (3) 从方程(3)可以看出,物体的两个外在施力是大小相等、方向相反的。

但是,我们要考虑的问题是:这两个外力是否真的就存在呢? 其实不然,我们所说的“外物”本身也是由大量微观粒子组成的,它们也会互相作用的!所以从微观上来分析问题就会发现,所谓“外物”其实是由多个微观系统组成的。每一个微观系统又可以看作是一个具有质量、电荷等基本参数的宏观物质,这样微观系统与宏观系统的边界条件是一样的。 所以,当微观系统受到外界的作用力而产生运动变化时,相当于一个宏观物体受到作用力而产生运动效果;反过来一样,当宏观系统施加外力而改变运动时,本质上等于微观系统改变了内在结构和化学性质。换句话说: 宏观上F2=F1 (4) 微观上F2'=F1' (5) 式(4)说明,当一个宏观物质受到外来作用力而产生的加速度为a时,从微观角度来看,它的内部多个微观系统同样也产生了加速度 a'=\frac{dv}{dt}=a 。而且这种内在效应总是存在的。

但是,并不是所有的加速效果都能直接相互抵消掉。只有当宏观物体内部的各个微观系统处于绝对静止或作匀速直线运动的状态时,整个宏观物体才不产生任何运动效应。这时,(5)式成立,F2'=F1',说明外力大小相等、方向相反。

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相互作用被定义为系统中物体之间短距离的局部作用。如果两个物体之间没有相互作用,一个的运动过程将不受另一个物体运动过程的影响,也就是说它们的运动过程可以独立于对方单独解决。牛顿定律描述了宏观低速物体之间的相互作用规律。“第3条定律:任何两个物体都以相等而反向的作用力相互作用,这二力分别作用于两个物体上,它们沿着同一条直线,且二力的大小与相互运动的状态和所受其他力的情况无关。”第3定律揭示了相互作用力的大小相等和方向相反两个特点。

自然界中存在四种基本相互作用,这四种相互作用既是独立的,又不是完全割裂的,在一定条件下它们之间可以相互转换。引力是万有引力的简称,是任何两个物体之间相互吸引的力。爱因斯坦证明即使在没有引力场的地方也可能出现引力场效应,即通过静止的质量产生出“引力”。它的作用源为有质量的物体,作用媒介是看不见的“引力场”,作用方式是超距作用或接触作用;电磁相互作用的源是带电粒子,媒介是变化的电磁场;强相互作用和弱相互作用存在于微观粒子领域。

在通常的物理问题中,物体的引力和运动速度与光速相比都小得多,因而可以把引力和电磁、强、弱相互作用区别开来。描述微观低速的粒子间电磁相互作用的基本理论是量子电动力学。描述微观低速的粒子间强相互作用的理论是量子色动力学,还不是很完善的理论.弱相互作用的基本理论电弱统一理论已经建立.在这样的理论中计算某个过程发生的几率,需要假定某个过程是经过若干阶段完成的,然后将各阶段叠加,这叫做“分图”叠加。

这三种在微观低速领域起作用的相互作用合在一起,被归入“量子力学”的理论。将量子力学与引力统一起来的理论正在研究之中。

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