FHSST 物理/原子核/自然力
如果問有多少種力存在，許多人會開始用手指數數，當計數超過十時，他們會回答很多。的確，有萬有引力、電磁力、彈力、摩擦力，以及風力、膨脹蒸汽的力、肌肉收縮的力等等。
然而，如果我們分析所有這些力的根本原因，我們可以將它們的數目減少到只有幾種基本力（或者說基本相互作用，正如物理學家所說的那樣）。
例如，拉伸橡膠繩的彈性力是由於橡膠製成的分子之間的吸引力。進一步深入研究，我們發現分子彼此吸引是因為一個分子的電子與另一個分子的原子核之間的電磁吸引力。同樣，如果我們壓下一個橡膠塊，它會抵抗，因為分子由於原子核的電斥力而拒絕彼此靠得太近。因此，橡膠的彈性具有電磁起源。
人類世界中的任何其他力都可以用相同的方式進行分析。在進行此分析後，我們發現我們周圍看到的所有力（在宏觀世界中），要麼是萬有引力，要麼是電磁力。正如我們所知，在微觀世界中，還有另外兩種型別的力：強（核）力作用於所有強子之間，而弱力負責改變夸克的味。
因此，宇宙中的所有相互作用都受四種基本力的控制：強力、電磁力、弱力和萬有引力。這些力的強度和範圍截然不同。它們之間的相對強度在表 15.5 中給出。最強的力是核相互作用。電磁力的強度比它低一百倍。弱力比核力弱九個數量級，而萬有引力弱 38 個數量級！令人驚訝的是，這種微弱的相互作用控制著宇宙過程。原因是萬有引力是長程力，並且總是吸引的。不存在負質量來遮蔽萬有引力場，就像負電子遮蔽正原子核的場一樣。
| 力 | 相對強度 | 範圍 |
| 強力 | 1 | 短 |
| 電磁力 | 0.0073 | 長 |
| 弱力 | 非常短 | |
| 萬有引力 | 長 |
物理學家總是試圖簡化事物。既然只有四種基本力，那麼就很容易問“如果只有四種，為什麼不能只有一種？”。所有相互作用可能只是同一個主力的不同方面嗎？
第一個開始尋求力統一的是愛因斯坦。在完成他的廣義相對論後，他花了 30 年時間試圖統一電磁力和萬有引力，但沒有成功。當時，這似乎合乎邏輯，因為它們都具有無限的範圍，並且遵循相同的平方反比定律。愛因斯坦失敗了，因為統一應該基於量子定律，但他試圖用經典概念來完成它。
現在人們知道，儘管萬有引力和電磁力的形式相似，但萬有引力將是最後屈服於統一的力。電磁力和弱力的統一似乎更不可信，但事實證明這是走向統一相互作用的第一個成功步驟。
1979 年，諾貝爾獎授予了溫伯格、薩拉姆和格拉肖，他們發展了電磁力和弱相互作用的統一理論。根據該理論，電磁力和弱力在非常高的碰撞能量下會匯聚成一個電弱相互作用。該理論還預測了重粒子的存在，即 和 （向量玻色子），它們的質量分別約為 80000MeV 和 90000MeV。這些粒子於 1983 年被發現，為新理論提供了實驗證據。
下一步是嘗試將電弱理論與強相互作用理論（即夸克理論）在一個理論中結合起來。這項工作被稱為大統一。目前，物理學家討論了這種理論的版本，它預測了三種力在非常高的能量MeV 下的收斂。該理論中的夸克和輕子是統一的輕夸克。
大統一不像電弱理論那樣成功。它存在數學一致性的問題，並且與至少一個實驗相矛盾。問題在於它預測了質子衰變，
,
不守恆重子和輕子數，壽命為年。然而，測量結果表明，質子的壽命至少為年。
有些人認為大統一存在著固有的缺陷。他們認為，不能一步一步地統一這些力（將引力排除在外），而正確的方法是將所有四種力結合在一起，形成所謂的萬有理論。
統一一切有幾種不同的方法。其中一種方法認為，所有基本粒子（夸克和輕子）僅僅是多維空間中弦環的振動模式。電子是一種以一種方式振動的弦，上夸克是另一種方式振動的弦，等等。另一種方法引入了新的基本粒子層級，即前子，它們可能是夸克和輕子的組成部分。探索仍在繼續。
每個人都同意，構建萬有理論並不意味著生物學、地質學、化學，甚至物理學已經得到解決。宇宙是如此豐富和複雜，即使發現了基本理論，也不意味著科學的終結。終極的萬有理論將提供一個堅不可摧的連貫性支柱，永遠讓我們確信宇宙是一個可以理解的地方。