重力

最弱的，也是最厉害的无处不在的四种基本力之一是重力．它作用于所有形式的质量和能量，从而作用于所有亚原子粒子，包括量规玻色子带着力。17世纪英国科学家艾萨克·牛顿是第一个对重力进行定量描述的人。他认为束缚的力量月亮在轨道上地球是同样的力吗苹果其他物体都落到地上，他提出了一个普遍的定律万有引力．

根据牛顿定律在美国，所有物体都被一种力相互吸引，这种力直接取决于每个物体的质量，并与它们之间距离的平方成反比。对于一对质量，米₁而且米₂，距离r分开，力的强弱F是由F＝G米₁米₂/r²．G叫做引力常数等于6.67 × 10⁻¹¹newton-metre²公斤重⁻²．

常数G给出了引力强度的一个度量，它的小表明引力很弱。的确，在原子的尺度上，引力的影响是存在的可以忽略不计与其它力相比工作．尽管引力很弱，但它的影响却非常深远。牛顿定律表明，在一定距离上，两个物体之间的引力可以忽略不计，但这个距离取决于所涉及的质量。因此，大质量物体的引力效应可以是相当大的，即使在距离远远超出其他力的范围。例如，地球的引力使月球在384,400公里(238,900英里)远的轨道上运行。

牛顿的引力理论被证明适用于许多应用。然而在1915年，这位德国出生的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦开发了广义相对论，其中包含了量规的概念对称并对牛顿引力产生细微的修正。尽管很重要，爱因斯坦的广义相对论仍然是一个经典理论，因为它没有包含广义相对论的思想量子力学．在一个量子根据引力理论，引力必须由一个合适的信使粒子，或规范玻色子携带。目前还没有可行的引力量子理论被发展出来，但广义相对论决定了假设的引力“力”粒子的一些性质引力子．特别地，引力子的自旋量子数必须是2，而且没有质量，只有能量。

电磁

首先要正确认识电磁力可以追溯到18世纪，当时一位法国物理学家，查尔斯库仑，表明静电力在带电物体之间遵循类似于牛顿万有引力定律．根据库仑定律，原力F在一次电荷之间，问₁，第二个电荷，问₂，与电荷数的乘积除以距离的平方成正比r在他们之间，或者F＝k问₁问₂/r²．在这里k这个比例常数等于什么¹/₄πε₀(ε₀是介电常数自由空间)。静电力可以是吸引的，也可以是斥力，因为力的来源，电荷，以相反的形式存在:正的和负的。相反电荷之间的力是吸引的，而带有相同电荷的物体则有排斥力。库仑还表明，磁化体之间的力与它们之间距离的平方成反比。同样，力可以是吸引的(相反的极点)或排斥力(像极点)。

磁性而且电都不是独立的现象;它们是相关的表现一种潜在的电磁力。在19世纪早期的实验中，汉斯Ørst(丹麦)Andre-Marie安培(在法国)，和迈克尔·法拉第(在英国)揭示了亲密的电和磁之间的联系以及两者之间的相互作用。19世纪50年代，这位苏格兰物理学家综合了这些实验的结果詹姆斯·克拉克·马克斯韦尔在他的电磁理论中。麦克斯韦的理论预言了电磁波-在交织的电场和磁场中的波动，随着光速．

马克斯·普朗克他在20世纪初在德国的著作中解释了光谱来自完美发射器的辐射(黑体辐射)，引出了量子化和光子的概念。在量子图景中，电磁辐射它具有双重性，既是麦克斯韦波，也是被称为光子的粒子流。电磁辐射的量子性质是封装在量子电动力学,量子场论电磁力的。麦克斯韦的经典理论和量子化版本都包含规范对称，现在看来这是基本力的基本特征。

电磁力本质上比引力强得多。如果将原子核内距离不同的两个质子之间电磁力的相对强度设为1，引力的强度就只有10⁻³⁶．在原子水平上，电磁力几乎完全处于控制地位;引力在大尺度上占主导地位，只是因为物质作为一个整体是电中性的。

的计玻色子电磁学的光子，它的质量为0,a自旋量子数为1。只要带电的亚原子粒子相互作用，光子就会交换。光子不带电荷，所以它本身不会受到电磁力;换句话说，光子之间不能直接相互作用。光子确实携带能源而且动力然而，在粒子之间传递这些特性时，它们产生了所谓的效应电磁．

在这些过程中，能量和动量是重要的守恒的总的来说(也就是说，总数保持不变，符合基本的物理定律)，但是，在瞬间一个粒子发出一个光子被另一个粒子吸收，能量就不守恒了。量子力学允许这种不平衡，只要光子满足的条件海森堡的测不准原理．这一规律是1927年由德国科学家描述的维尔纳·海森堡他说，即使在原则上，也不可能知道一个特定量子系统的所有细节。例如，如果的确切位置电子被确定后，就不可能确定电子的动量。这种基本的不确定性允许能量的差异，ΔE，存在一段时间，Δt，则Δ的产品E和Δt非常小，等于普朗克常数除以2π，即1.05 × 10⁻³⁴焦耳秒。因此，在不确定原理的限制下，交换光子的能量可以被认为是“借来的”(即借来的能量越多，借来的时间越短)。这种借来的光子被称为“虚拟来区分它们和真正的光子构成电磁辐射，原则上可以永远存在。在满足不确定原理条件的过程中，虚粒子的概念也适用于其他规范玻色子的交换。