從走在街上，到向太空發射火箭，到把磁鐵粘在冰箱上，各種物理力都在我們周圍起作用。自然界中力形式千千萬萬種，但我們可以把這些力歸類為以下四種基本自然力：

1. 引力
2. 弱核力
3. 電磁力
4. 強核力

它們被稱為自然四種基本力，支配著宇宙中發生的一切。

自然界的四種基本力量是宇宙中每一種相互作用的根源。

引力

引力是兩個有質量或能量的物體之間的吸引力，無論是從橋上掉落岩石、環繞恆星的行星還是引起海洋潮汐的月球，都是因為存在引力所致。引力可能是最直觀和熟悉的基本力量，但它也是最不易解釋基本力之一。

艾薩克牛頓是第一個提出萬有引力概念的人，據說是受到了從樹上掉下來的蘋果的啟發。他把引力描述為兩個物體之間的字面引力。幾個世紀以後，阿爾伯特·愛因斯坦通過他的廣義相對論提出，引力不是字面上的“引力”。相反，這是物體彎曲時空的結果。一個大的物體在時空上作用，有點像一個大的球放在一張紙的中間，它會影響它的材料，使它變形，並導致薄片上其他較小的物體落向中間。

引力扭曲時空

雖然引力將行星、恆星、太陽系甚至星系聚集在一起，但從分子和原子尺度上來說，事實證明它是最微弱的基本力量。在分子和原子尺度上，引力對其他基本力幾乎沒有影響。

弱核力

弱核力也稱弱核相互作用，是粒子衰變的主要原因。這是一種亞原子粒子向另一種原子的變化。例如，一個離中子很近的中微子可以把中子變成質子，而中微子變成電子。

物理學家通過稱為玻色子的帶力粒子的交換來描述這種相互作用。特定種類的玻色子負責弱力、電磁力和強力。在弱核力作用下，玻色子是稱為w玻色子和z玻色子的帶電粒子。當質子、中子和電子等亞原子粒子相互之間的直徑在10^（-18）米（或質子直徑的0.1%）以內時，它們可以交換這些玻色子，交換的結果，亞原子粒子衰變為新粒子。

弱核力對核聚變反應至關重要，核聚變反應為太陽提供能量，為地球上的大多數生命形式提供所需的能量。這也是為什麼考古學家可以使用碳-14來測定古代骨骸、木材和其他文物的年代。碳-14有六個質子和八個中子；其中一箇中子衰變為質子，生成氮-14，氮-14有七個質子和七個中子。通過預測這種衰變進展，使科學家能夠確定這些文物的年代。

• 圖：弱力對核聚變反應至關重要，核聚變反應為太陽提供能量，為地球上的大多數生命形式所需的能量。這是美國航天局太陽動力學觀測站看到的2016年7月23日太陽爆發的M7.6級太陽耀斑的特寫。

電磁力

電磁力，也稱為洛倫茲力，作用於帶電粒子之間，如帶負電的電子和帶正電的質子。相反的電荷互相吸引，而相似的電荷互相排斥。電荷越大，力就越大。就像引力一樣，這個力可以從無限遠的地方感受到（儘管在這個距離上力會非常非常小）。

顧名思義，電磁力由兩部分組成：電和磁力。起初，物理學家將這些力描述為彼此分離，但研究人員後來意識到這兩個力是同一個力的組成部分。

電器元件在帶電粒子之間移動，不管它們是移動的還是靜止的，產生電荷相互影響的電場。但是一旦進入運動，這些帶電粒子開始顯示第二分量，即磁力。粒子在運動時會在它們周圍產生磁場。因此，當電子通過電線充電給你的電腦或電話或打開電視時，電線變成磁性的。

電磁力通過無質量、帶力的玻色子（稱為光子）的交換在帶電粒子之間傳遞，光子也是光的粒子成分。然而，在帶電粒子之間交換的帶力光子是光子的不同表現形式。據諾克斯維爾田納西大學報道，它們是虛擬的，無法檢測，儘管從技術上講，它們與真實和可探測的版本相同。

電磁力在我們日常生活中最常見，如摩擦、彈力。鳥類和飛機飛行時的阻力也歸類於電磁力。這些作用是由於帶電粒子（或中和粒子）相互作用而發生的。例如，把書放在桌子上的法向力，是桌子原子中的電子排斥書原子中的電子的結果。

• 圖：把書放在桌子上的力是電磁力的結果：桌子原子中的電子排斥書原子中的電子。

強核力

強核力，也稱為強核相互作用，是自然界四大基本力量中最強的。據超物理網站報，它是引力的6000萬億兆兆（6之後39個零）倍。這是因為它把物質的基本粒子結合在一起形成更大的粒子。它將構成質子和中子的夸克結合在一起，部分強核力也使原子核的質子和中子保持在一起。

就像弱核力一樣，強核力只在亞原子粒子彼此非常接近時才起作用。根據超物理網站的說法，它們之間的距離必須在10^（-15）米以內，或者大致在質子直徑內。

不過，這種強大的力量是奇怪的，因為與其他任何基本力量不同，當亞原子粒子靠近時，它會變得更弱。根據費米實驗室，當粒子彼此離得最遠時，強核力達到最大強度。一旦進入強核力範圍，稱為膠子的無質量帶電玻色子就在夸克之間傳遞強大的力，並使它們“粘”在一起一小部分稱為殘餘強核力作用於質子和中子之間，原子核中的質子因其相似的電荷而相互排斥，但殘餘強核力可以克服這種排斥，因此粒子仍被束縛在原子核中。

統一性

四個基本力量的突出問題是，它們是否實際上只是宇宙的一種巨大力量的表現。如果是這樣，它們都應該能夠與其他的合併，並且已經有證據表明他們可以。

1979年，來自哈佛大學的物理學家謝爾頓·格拉肖和史蒂文·溫伯格與倫敦帝國學院的阿卜杜斯·薩拉姆一起獲得諾貝爾物理學獎，他們因將電磁力與弱核力結合在一起，形成了電弱力的概念。物理學家們努力尋找一種所謂的大統一理論，旨在將電弱力與強核力結合在一起，以定義電核力，模型已經評估過，但研究人員尚未觀察到。然後，謎題的最後一部分需要將引力與電核力統一起來，以發展所謂的萬物理論，一個可以解釋整個宇宙的理論框架。

• 圖：許多物理學家的目標是在一個統一的理論下統一基本力，這個理論框架可以解釋整個宇宙。

然而，物理學家發現很難將微觀世界與宏觀世界結合起來。在很大程度上，尤其是天文尺度上，引力占主導地位，最好方法是用愛因斯坦的廣義相對論來描述。但在分子、原子或亞原子尺度上，量子力學最能描述自然界。到目前為止，還沒有人想出一個好辦法來融合這兩個世界。

研究量子引力的物理學家用量子世界來描述力，這可能有助於合併。這種方法的基礎是發現引力，是攜帶引力玻色子的理論力。引力是物理學家目前無需使用攜帶力的粒子就能描述的唯一基本力。但是，由於對所有其他基本力的描述都需要攜帶力的粒子，科學家預計引力必須存在於亞原子水平上——研究人員還沒有找到這些粒子。

使這個“故事”更加複雜的是暗物質和暗能量的無形領域，它們約佔宇宙的95%。目前還不清楚暗物質和暗能量是否由單個粒子或一組具有自身力量和信使玻色子的粒子組成。

當前感興趣的主要信使粒子是理論暗光子，它將介導可見和不可見宇宙之間的相互作用。如果存在暗光子，它們將是探測暗物質隱形世界的關鍵，並可能導致發現第五種基本力量。到目前為止，還沒有證據表明暗光子存在，不過，一些研究提供了強有力的證據表明暗光子不存在。