弱相互作用力是中子与电子中微子发生了碰撞产生的作用力，碰撞后中子和电子中微子均改变了运动方向，中子被观测成质子，电子中微子也被观测成了电子，其结果表现为中子的β衰变而变成质子。
强相互作用力是中子和质子间的核力，中子和质子是由夸克与胶子组成，强相互作用力是组成中子或质子的夸克和胶子之间的作用力，而所有产生强相互作用的粒子统称为强子。
引力人们认识得最早，任何拥有质量的物体和其他物体之间均存在引力，所以也叫做万有引力，只不过人类现在只能对引力的大小、方向进行描述，还不能认识到其作用机理。
这四种力包括了宇宙中所有的运动和作用机理。宏观物体之间的作用力（比如压力、推力、摩擦力等）都是这四种力的错综合成外在表现的结果。
每一种作用力都是通过传递一种粒子而产生的，电磁力通过传递光子g；弱力是W002b、W-和ZO粒子传递；强力由胶子传递产生的，引力则是由一种尚未被证实的引力子传递实现的。这些粒子统称为玻色子。
在这四种力中，电磁力和弱相互作用力的作用粒子在能量密度达到或超过250Gev时，其性质和表现达到一致，质量均降低到零。但是在能量密度低于250Gev时，由于发生了“自发对称性破缺”，导致光子g保持了零质量，而其他三种粒子W002b、W002b、ZO却获得了巨大的质量，这种现象称为希格斯机制。
希格斯机制还说明，宇宙中存在一种称作希格斯的粒子，通过希格斯粒子特有的场，粒子与之相互作用便产生质量，也就拥有了惯性。光子g和W002b、W-ZO粒子正是由于和希格斯粒子发生了不同的相互作用，才产生了不同性质的结果。这也是苏格兰物理学家彼得 希格斯1964年提出的一种预测，只有找到希格斯粒子，才能证明其预言的准确性。
而希格斯粒子的存在目前仅仅是一种理论假设，但它却说明物体质量可以受到某种机制的影响，如果我们可以找到希格斯粒子，并对其性质加以研究，可以解开物体产生质量的原因，进而去利用希格斯粒子作用机制，对物体质量加以改变，甚至降低到零质量性质。然而物体本身还存在，只不过质量特性没有了，当然就没有了惯性。在这种情况下，改变物体运动状态，或者让其以光速或超光速飞行，也许会变为一种可能，可以解决星际航行中惯性制约速度的问题。
希格斯粒子所表现的这种相互作用力，也称为标准模型中的“非规范作用”理论，它是四种规范作用力之外的第五种非规范作用力。但是这种作用力的力程比四种规范作用力中力程最短的弱力还要短，即小于10002d00310038m，弱力的力程是10002d00310037m。当两个电子间的距离小于10002d00310038m时，它们之间的希格斯粒子作用只相当于电磁作用的4.07×10-11，因此这种微弱的作用力到目前为止还没有被观测到。
人类建造大型强子对撞机的主要目的之一，就是利用其强大的能量来寻求希格斯粒子存在的真实性。大型强子对撞机的超环面仪器实验（ATLAS）和紧凑渺子线圈实验（CMS），担当了寻找希格斯粒子的任务。其中ATLAS探测器长为46米、高25米、宽25米，是人类迄今为止制造的体积最大的粒子探测器。
而CMS探测器则是大型强子对撞机所有实验设备中质量最重的一个，它的重量为1.25万吨。通过这两大实验仪器可以看出希格斯粒子探索，在整个大型强子对撞机实验中的重要地位。随着LHC的启动运行，质量起源之迷，这个牛顿尚未完成的工作，最终将会被解开。如果事实正如预言所示，那么人类对宇宙的认识必将进入到一个全新的阶段。
2011年12月13日，在日内瓦举行的科学研讨会上，大型强子对撞机团队报告了他们对希格斯“上帝粒子”探索的进展，在ATLAS和CMS两项实验中，科学家已经在125Gev的能量级上发现了希格斯玻色子存在的迹象，但这仅是代表了能够看到希格斯粒子的可能性程度，虽然科学家对此充满期待，但是希格斯粒子是否真的存在需等到2012年才能有答案。
空间与能量
伟大的物理学家牛顿1687年在《自然哲学的数学原理》上发表了著名的万有引力定律，这个定律表述如下：任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。这个引力与它们质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比，而与两物体的化学和物理状态及中介物质无关。这是牛顿除了运动三定律之外，为物理学领域的又一次巨大贡献。牛顿运动三定律和万有引力定律中都提到了质量，但是前者的核心内容是质量物体和惯性的关系，后者是质量物体和引力的关系，因此万有引力是质量物体的第二固有特性。
由于在当时的年代技术理论条件有限，牛顿的万有引力定律公式仅仅是对其大小、方向、作用点这力的三要素的一个描述，而对于万有引力是如何产生的，我们到目前为止也没有找到其中的真正原因。万有引力的本质是什么，也成为现代物理学领域的一个重大谜团。
1907年爱因斯坦开始将他的理论同引力结合起来，按照他的设想，在弯曲的时空几何里，具有引力场的惯性系和具有加速度场的非惯性系的情形是等效的，这种描述质量物体运动和作用，与其周围时空曲率变化关系的理论又叫做广义相对论。
广义相对论给了引力一个全新的描述，物体之间之所以存在引力，并导致运动方向发生改变，原因是它们之间的时空本身被弯曲了，物体在弯曲的时空里运行，导致的方向变化。而质量物体的作用和运动，恰是导致了其周围时空曲率发生变化的原因，这种曲率变化程度，随着物体质量的增加和密度的提高而愈加明显。
在质能方程E=mc2的公式中，质量和能量以光速作为媒介被统一起来。质量和能量之间的相互转化的理论，说明了质量是能量的高度密集的凝聚状态，可能使我们意识到能量在某种条件下似乎也具备质量的一些特性。既然质量是能量高度密集凝聚的表现，那么高度集中的能量同样可以使其周围的空间发生弯曲。如果能量仅仅是单一的在有限的时空范围内高密度聚集，但其本身不会发生某种反应而转化为质量，则能量可能并不会像质量那样拥有惯性，所以能量也不可能具备质量的全部特性。
当然我们目前所能认识的能量，都是附寄在质量物体上而存在的，我们不能脱离质量物体独立来使用和存储能源。人类现在所利用的一切能源均以化学能（分子能）和核能（原子能）的形式来储存在物质当中。物质在发生化学反应或核反应过程中，将其内部的能量释放出来，然后能量经过转化变成其他可被我们使用，比如电能、光能和热能等。
电池存储的并不是电能，它是将其他能量转化为化学能，这些化学能存储在电池内部化学成分分子之间的化学键上，电池在对外供电时，化学能再转化成电能。光能、热能等最初也是来源于物质的化学能或核能，同样不能对它们单独存储而直接加以利用。而核能则凝聚在原子核内或者质子、中子之间极微小的质量之中，发生核反应时，原子核发生质量亏损，这些亏损的细微质量则转化成了巨大的能量。所以我们增加能量的同时会在增加质量上付出代价。
1900年德国科学家马克斯 普朗克提出量子假说，任何物质所释放的能量都不是连续的，而是一个常数的整数倍，这个常数称为普朗克常数h=6.626×10--34J s，也就是一个量子，是能量的最小单位。人们第一次从微观上认识了能量，也开启了人们在微观世界里认识了解宇宙的时代，量子论和相对论被认为是20世纪人类最伟大的发现。
人类对能量的认识也在促使我们探索能量与空间的关系，这种关系就像质量物体能弯曲空间一样。
1926年另一位德国科学家成纳 海森伯，提出了一个著名的不确定原理，即粒子的位置不确定性和速度不确定性必须同时存在，两者的乘积不小于普朗克常量，由此推论当温度降低到绝对零度时粒子必然存在振动。绝对零度也是宇宙的最低能态，这种在绝对零度时的振动所具有的能量便称之为零点能，即使在真空中或者在最低的能态，能量也不为零。这种推测已经通过卡西米尔效应实验确定出来。将两块金属板平行地放置在真空中，当两者距离足够小的时候，它们之间会产生一种吸引力而相互靠近，这种吸引力是由于金属板之间具有较长波长的量子逃逸到金属板外面，使金属板外面的能量高于内侧而产生的向内压力。
造成这种现象的原因在于真空其实并非空无一物，用英国物理学家保罗 狄拉克的描述就是真空是一片充满着粒子与能量的“海洋”。与通常粒子不同，这种粒子是一种虚粒子，它们时而出现时而湮灭，表现出来的能量效应在零点之间出现正值和负值的微小能量起伏。
我们通常所认识的能量均为正能量，负能量的性质与正能量相反，两者中和后能量为零。虽然我们无法描述负能量的状态和性质，但是负能量确实在真空中有时具有极微小的存在，正负能量在真空中能量零点状态下同时分离出现，又会同时相互中和回到零点状态。真空这种独特的性质，说明空间本身就是一种能量。
在通常情况下虚粒子之间的正负能量彼此中和，使空间变得均匀，而当某种机制发生变化真空被激发时，正能量和负能量就会出现巨大的极化，空间中能量分布变得不再均匀：正能量使空间收缩形成卷曲，负能量使空间膨胀，两者共同作用会让空间扭曲变形，甚至使相隔很远的区域彼此连通，形成“空间隧道”。空间的这种变形，其实反应的就是其空间能量的分布变化。大质量星体周围时空发生弯曲，就是由于质量引起空间这种正负能量分布不均匀的结果。
这种神奇的能量又叫做真空能，它在宇宙中无处不在，虽然有限区域常表现得很微弱，但是从整个宇宙来看，它还是非常巨大的，甚至影响着宇宙的发展和变化。
1998年，美国的天文学家通过对遥远的I型超新星爆发的观测，并结合威尔金森各向异性探测卫星（WMAP）所提供的以前观测到的数据，他们发现超新星爆发所发出的光波与此前观测到的相比竟然会向着光谱红色一端移动。
根据哈勃定律可知，目前所观测到的光波与之前的相比有着更长的波长，这说明超新星拥有比以前更快的速度远离我们，从而我们可以得出一个惊人的结论：宇宙在加速膨胀！这与万有引力效应使宇宙膨胀减速的理论完全不符。后来科学家把促使宇宙可以克服万有引力而加速膨胀的潜在神秘力量叫做“暗能量”。具有负压，反引力等效应的暗能量，可能就是真空能的另一种描述。
真空其实也是能量的一种表现形式，正负能量的分布均匀和极化，会使空间从平坦转为扭曲、膨胀或者收缩。能量的变化会使空间发生变形，这种变形的程度取决于能量中的程度，我们现在终于可以将空间和能量联系在一起。
星际航行的新方式
为了便于问题的分析我们将浩瀚无边的宇宙简化成一个二维平面，宇宙间相隔遥远的两个星球好比这张平面上相隔很远的两个点，这两颗星球间的距离等于这个平面内两点之间直线的长度，要走完这条直线则需要很长的时间。但是如果这个平面像弹性膜一样能够折叠、收缩，那么这两个点之间的空间尺度会随之发生变化而相互靠近。在此过程中，弹性膜间的势能产生了起伏，导致其形态发生了变化，固定在弹性膜上面的两个位置点才有了位置改变。如果宇宙空间本身也会发生形态变化，那么达到这一现象的关键因素在于利用能量使空间发生形变。宇宙空间中蕴藏的真空能源是巨大无穷的，完全可以利用这种能量来缩短空间上两点的尺度，从而使宇宙航行的距离变小，节省了旅行过程中的时间。
这种改变空间形态的旅行方式又叫做“空间翘曲飞行”，在很早的科幻片里已经出现过，我们并不感到陌生。
而传统的飞行方式又叫做惯性飞行，在惯性飞行的理论中，空间的距离s是不变的，航行的时间t和航行速度v成反比，即s=vt。要想缩短时间，就必须增加航行的速度。而要想获得速度的提升，就必须克服飞行器自身的惯性而不断施加能量，但根据爱因斯坦狭义相对论，速度最终不能超过光速，即使通过希格斯机制来使飞行器的惯性消失，也无法改变宇宙的广阔，这使跨越银河系的旅行在所有人看来（包括飞船上的人和地面上的人）是很难接受的。
但是“空间翘曲飞行”可以解决距离上的问题，改变空间能量分布，可以将空间压缩成原有尺度的几分之一、几千分之一，甚至是几万分之一。飞船经过被压缩形成翘曲的空间后，能量再度释放，空间又回到原来的尺度而变得平坦舒展。这好比是利用能量使空间发生运动，或者是说空间和能量之间发生转化，使空间发生变化，因为真空也是一种能量。但是在空间形变和运动的过程中，能量施加给空间，而没有施加给处在其中的宇宙飞船，所以能量不会转化成飞船所增加的质量。
