Die 4 fundamentalen Kräfte der Physik

Die fundamentalen Kräfte (oder fundamentalen Wechselwirkungen) der Physik sind die Art und Weise, wie einzelne Teilchen miteinander interagieren. Es stellt sich heraus, dass jede einzelne im Universum beobachtete Wechselwirkung durch nur vier (im Allgemeinen vier oder mehr) Arten von Wechselwirkungen aufgespalten und beschrieben werden kann:

• Schwere
• Elektromagnetismus
• Schwache Wechselwirkung (oder schwache Kernkraft)
• Starke Wechselwirkung (oder starke Kernkraft)

Schwere

Von den fundamentalen Kräften hat die Schwerkraft die größte Reichweite, ist jedoch in der tatsächlichen Größe die schwächste.

Es ist eine rein anziehende Kraft, die sogar durch die "leere" Leere des Raumes greift, um zwei Massen aufeinander zuzuziehen. Es hält die Planeten in einer Umlaufbahn um die Sonne und den Mond in einer Umlaufbahn um die Erde.

Die Gravitation wird unter der allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben, die sie als Krümmung der Raumzeit um ein Massenobjekt definiert. Diese Krümmung schafft wiederum eine Situation, in der der Weg der geringsten Energie zum anderen Massenobjekt führt.

Elektromagnetismus

Elektromagnetismus ist die Wechselwirkung von Teilchen mit elektrischer Ladung. Geladene Teilchen in Ruhe interagieren durch elektrostatische Kräfte, während sie sich in Bewegung sowohl durch elektrische als auch magnetische Kräfte gegenseitig beeinflussen.

Lange Zeit galten die elektrischen und magnetischen Kräfte als unterschiedliche Kräfte, aber sie wurden schließlich 1864 von James Clerk Maxwell unter Maxwells Gleichungen vereinheitlicht. In den 1940er Jahren konsolidierte die Quantenelektrodynamik den Elektromagnetismus mit der Quantenphysik.

Elektromagnetismus ist vielleicht die am weitesten verbreitete Kraft in unserer Welt, da er Dinge in angemessener Entfernung und mit einer angemessenen Menge an Kraft beeinflussen kann.

Schwache Interaktion

Die schwache Wechselwirkung ist eine sehr starke Kraft, die auf der Ebene des Atomkerns wirkt. Es verursacht Phänomene wie Betazerfall. Es wurde mit dem Elektromagnetismus als eine einzige Wechselwirkung konsolidiert, die als "elektroschwache Wechselwirkung" bezeichnet wird. Die schwache Wechselwirkung wird durch das W - Boson vermittelt (es gibt zwei Arten, das W⁺ und W^- Bosonen) und auch das Z-Boson.

Starke Interaktion

Die stärkste der Kräfte ist die treffend benannte starke Wechselwirkung, die unter anderem Nukleonen (Protonen und Neutronen) zusammenhält. Im Heliumatom zum Beispiel ist es stark genug, um zwei Protonen zusammenzubinden, obwohl ihre positiven elektrischen Ladungen bewirken, dass sie sich gegenseitig abstoßen.

Im Wesentlichen ermöglicht die starke Wechselwirkung Teilchen, die als Gluonen bezeichnet werden, Quarks zusammenzubinden, um die Nukleonen überhaupt zu erzeugen. Gluonen können auch mit anderen Gluonen interagieren, was der starken Wechselwirkung eine theoretisch unendliche Distanz verleiht, obwohl ihre Hauptmanifestationen alle auf der subatomaren Ebene liegen.

Die fundamentalen Kräfte vereinen

Viele Physiker glauben, dass alle vier fundamentalen Kräfte tatsächlich die Manifestationen einer einzigen zugrunde liegenden (oder einheitlichen) Kraft sind, die noch entdeckt werden muss. So wie Elektrizität, Magnetismus und die schwache Kraft in der elektroschwachen Wechselwirkung vereint wurden, wirken sie, um alle fundamentalen Kräfte zu vereinen.

Die gegenwärtige quantenmechanische Interpretation dieser Kräfte ist, dass die Partikel nicht direkt interagieren, sondern virtuelle Partikel manifestieren, die die tatsächlichen Wechselwirkungen vermitteln. Alle Kräfte außer der Schwerkraft wurden in diesem "Standardmodell" der Wechselwirkung konsolidiert.

Das Bemühen, die Schwerkraft mit den anderen drei fundamentalen Kräften zu vereinen, heißt Quantengravitation. Es postuliert die Existenz eines virtuellen Teilchens namens Graviton, das das vermittelnde Element bei Gravitationswechselwirkungen sein würde. Bisher wurden Gravitonen nicht nachgewiesen, und es wurden keine Theorien der Quantengravitation erfolgreich durchgeführt oder allgemein übernommen.