4 temeljne sile fizike

Ta pogled s Hubblovim vesoljskim teleskopom razkriva na tisoče galaksij, ki segajo nazaj v čas čez milijarde svetlobnih let vesolja. Slika pokriva del velikega popisa galaksij, imenovanega Globoka raziskava izvora Velikih observatorijev (GOODS). NASA, ESA, ekipa GOODS in M. Giavialisco (Univerza Massachusetts, Amherst)

Temeljne sile (ali temeljne interakcije) fizika so načini, kako posamezni delci medsebojno delujejo. Izkazalo se je, da je vsako posamezno opazovano interakcijo v vesolju mogoče razčleniti in opisati s samo štirimi (no, na splošno štirimi – več o tem kasneje) vrstami interakcij:

• Gravitacija
• elektromagnetizem
• Šibka interakcija (ali šibka jedrska sila)
• Močna interakcija (ali močna jedrska sila)

Gravitacija

Od temeljnih sil ima gravitacija največji doseg, vendar je po dejanski velikosti najšibkejša.

To je čisto privlačna sila, ki seže tudi skozi 'prazno' praznino prostora za risanje dve maši drug proti drugemu. Ohranja planete v orbiti okoli sonca in luno v orbiti okoli Zemlje.

Gravitacija je opisana pod teorija splošne relativnosti , ki jo definira kot ukrivljenost prostora-časa okoli predmeta mase. Ta ukrivljenost pa ustvari situacijo, kjer je pot najmanjše energije proti drugemu masnemu objektu.

elektromagnetizem

Elektromagnetizem je interakcija delcev z električnim nabojem. Nabiti delci v mirovanju medsebojno delujejo skozielektrostatične sile, medtem ko med gibanjem medsebojno delujejo prek električnih in magnetnih sil.

Dolgo časa sta električni in magnetni sili veljali za različni sili, vendar ju je nazadnje poenotila James Clerk Maxwell leta 1864 po Maxwellovih enačbah. V štiridesetih letih prejšnjega stoletja je kvantna elektrodinamika združila elektromagnetizem s kvantno fiziko.

Elektromagnetizem je morda najbolj razširjena sila v našem svetu, saj lahko vpliva na stvari na razumni razdalji in s precejšnjo mero sile.

Šibka interakcija

Šibka interakcija je zelo močna sila, ki deluje na lestvici atomskega jedra. Povzroča pojave, kot je beta razpad. Z elektromagnetizmom je bila združena kot ena sama interakcija, imenovana 'elektrošibka interakcija'. Šibko interakcijo posreduje W bozon (obstajata dve vrsti, W⁺in W^-bozoni) in tudi Z bozon.

Močna interakcija

Najmočnejša med silami je primerno imenovana močna interakcija, ki je sila, ki med drugim drži nukleone (protone in nevtrone) povezane skupaj. V atom helija , na primer, je dovolj močan, da veže dva protoni skupaj, čeprav njihovi pozitivni električni naboji povzročijo, da se odbijajo.

V bistvu močna interakcija omogoča delcem, imenovanim gluoni, da vežejo skupaj kvarke in ustvarijo nukleone. Gluoni lahko medsebojno delujejo tudi z drugimi gluoni, kar daje močni interakciji teoretično neskončno razdaljo, čeprav so njene glavne manifestacije vse na subatomski ravni.

Združevanje temeljnih sil

Mnogi fiziki verjamejo, da so vse štiri temeljne sile pravzaprav manifestacije ene same temeljne (ali enotne) sile, ki jo je treba še odkriti. Tako kot so bili elektrika, magnetizem in šibka sila združeni v elektrošibko interakcijo, si prizadevajo združiti vse temeljne sile.

Trenutno kvantnomehansko interpretacijo teh sil je, da delci ne interagirajo neposredno, temveč manifestirajo virtualne delce, ki posredujejo dejanske interakcije. Vse sile razen gravitacije so bile združene v ta 'standardni model' interakcije.

Prizadevanje za poenotenje gravitacije z drugimi tremi temeljnimi silami se imenuje kvantna gravitacija . Predpostavlja, obstoj virtualnega delca imenovan graviton, ki bi bil posredniški element pri gravitacijskih interakcijah. Do danes gravitoni niso bili odkriti in nobena teorija kvantne gravitacije ni bila uspešna ali splošno sprejeta.