De 4 grundläggande krafterna för fysik

Fysikens grundläggande krafter (eller grundläggande interaktioner) är de sätt som enskilda partiklar interagerar med varandra. Det visar sig att varje enskild interaktion som observerats i universum kan delas upp och beskrivas av endast fyra (ja, i allmänhet fyra mer om det senare) typer av interaktioner:

• Allvar
• elektro~~POS=TRUNC
• Svag interaktion (eller svag kärnkraft)
• Stark interaktion (eller stark kärnkraft)

Allvar

Av de grundläggande krafterna har tyngdkraften längst räckvidd, men den är den svagaste i verklig storlek.

Det är en rent attraktiv kraft som når till och med det "tomma" tomrummet för att dra två massor mot varandra. Det håller planeterna i omloppsbana runt solen och månen i omloppsbana runt jorden.

Gravitation beskrivs under teorin om generell relativitet, som definierar den som rymdtidens krökning runt ett massobjekt. Denna krökning skapar i sin tur en situation där vägen med minst energi går mot det andra massobjektet.

elektro~~POS=TRUNC

Elektromagnetism är interaktion mellan partiklar och en elektrisk laddning. Laddade partiklar i vila samverkar genom elektrostatiska krafter, medan de rör sig genom både elektriska och magnetiska krafter.

Under en lång tid ansågs de elektriska och magnetiska krafterna vara olika krafter, men de förenades slutligen av James Clerk Maxwell 1864, under Maxwells ekvationer. På 1940-talet konsoliderade kvantelektrodynamiken elektromagnetism med kvantefysik.

Elektromagnetism är kanske den mest utbredda kraften i vår värld, eftersom den kan påverka saker på ett rimligt avstånd och med en rimlig mängd kraft.

Svag interaktion

Den svaga växelverkan är en mycket kraftfull kraft som verkar på atomkärnans skala. Det orsakar fenomen som beta-förfall. Det har konsoliderats med elektromagnetism som en enda interaktion som kallas "electroweak-interaktion." Den svaga interaktionen förmedlas av W-boson (det finns två typer, W⁺ och W^- bosoner) och även Z-boson.

Stark interaktion

Den starkaste av krafterna är den riktigt kallade starka växelverkan, som är den kraft som bland annat håller nukleoner (protoner och neutroner) bundna ihop. I heliumatomen, till exempel, är den tillräckligt stark för att binda två protoner, även om deras positiva elektriska laddningar får dem att repulera varandra.

I huvudsak tillåter den starka interaktionen partiklar som kallas gluoner att binda samman kvarker för att skapa nukleonerna i första hand. Gluoner kan också interagera med andra gluoner, vilket ger den starka interaktionen ett teoretiskt oändligt avstånd, även om det är de viktigaste manifestationerna är alla på den subatomära nivån.

Förena de grundläggande krafterna

Många fysiker tror att alla fyra grundkrafter faktiskt är manifestationerna av en enda underliggande (eller enhetlig) kraft som ännu inte har upptäckts. Precis som elektricitet, magnetism och den svaga kraften förenades i elektionsspårinteraktionen, arbetar de för att förena alla grundläggande krafter.

Den nuvarande kvantmekaniska tolkningen av dessa krafter är att partiklarna inte interagerar direkt utan snarare visar virtuella partiklar som förmedlar de faktiska interaktionerna. Alla krafter utom gravitationen har konsoliderats till denna "standardmodell" av interaktion.

Insatsen för att förena gravitationen med de tre andra grundläggande krafterna kallas kvanttyngd. Det postulerar förekomsten av en virtuell partikel som kallas graviton, vilket skulle vara det förmedlande elementet i gravitationinteraktioner. Hittills har gravitationer inte upptäckts och inga teorier om kvanttyngd har varit framgångsrika eller universellt antagna.