Die 4 Grundkräfte der Physik

Diese Ansicht des Hubble-Weltraumteleskops zeigt Tausende von Galaxien, die sich über Milliarden von Lichtjahren des Weltraums in die Vergangenheit erstrecken. Das Bild zeigt einen Teil einer großen Galaxienzählung namens Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS). NASA, ESA, das GOODS-Team und M. Giavialisco (University of Massachusetts, Amherst)

Die fundamentalen Kräfte (oder fundamentalen Wechselwirkungen) von Physik sind die Art und Weise, wie einzelne Teilchen miteinander interagieren. Es stellt sich heraus, dass jede einzelne Interaktion, die im Universum stattfindet, durch nur vier (naja, im Allgemeinen vier – dazu später mehr) Arten von Interaktionen aufgeschlüsselt und beschrieben werden kann:

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

Schwere

Von den fundamentalen Kräften hat die Schwerkraft die weiteste Reichweite, aber sie ist in ihrer tatsächlichen Größe am schwächsten.

Es ist eine rein anziehende Kraft, die sogar die „leere“ Leere des Raums durchdringt, um zu ziehen zwei Massen zueinander. Es hält die Planeten in der Umlaufbahn um die Sonne und den Mond in der Umlaufbahn um die Erde.

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

Elektromagnetismus

Elektromagnetismus ist die Wechselwirkung von Teilchen mit einer elektrischen Ladung. Geladene Teilchen in Ruhe interagieren durchelektrostatische Kräfte, während sie in Bewegung sind, interagieren sie sowohl durch elektrische als auch durch magnetische Kräfte.

Lange Zeit wurden elektrische und magnetische Kräfte als unterschiedliche Kräfte angesehen, aber sie wurden schließlich durch vereint James Clerk Maxwell 1864 unter Maxwells Gleichungen. 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 ziemlicher Kraft beeinflussen kann.

Schwache Interaktion

Die schwache Wechselwirkung ist eine sehr starke Kraft, die auf der Skala des Atomkerns wirkt. Es verursacht Phänomene wie den Beta-Zerfall. Es wurde mit Elektromagnetismus als eine einzelne 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 passend benannte starke Wechselwirkung, die unter anderem die Nukleonen (Protonen und Neutronen) aneinander gebunden hält. In dem Heliumatom , zum Beispiel ist es stark genug, um zwei zu binden Protonen zusammen, obwohl ihre positiven elektrischen Ladungen dazu führen, dass sie sich gegenseitig abstoßen.

Im Wesentlichen ermöglicht die starke Wechselwirkung Teilchen, die Gluonen genannt werden, Quarks aneinander zu binden, um überhaupt die Nukleonen 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.

Vereinigung der fundamentalen Kräfte

Viele Physiker glauben, dass alle vier Grundkräfte 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, arbeiten sie daran, alle fundamentalen Kräfte zu vereinen.

Die jetzige Quantenmechanische Deutung Eine dieser Kräfte besteht darin, dass die Partikel nicht direkt interagieren, sondern virtuelle Partikel manifestieren, die die eigentlichen Wechselwirkungen vermitteln. Alle Kräfte mit Ausnahme der Schwerkraft wurden in diesem „Standardmodell“ der Interaktion konsolidiert.

Das Bemühen, die Schwerkraft mit den anderen drei Grundkräften zu vereinen, wird genannt Quantengravitation . Es postuliert die Existenz eines virtuellen Teilchens Graviton genannt, das das vermittelnde Element bei Schwerkraftwechselwirkungen wäre. Bis heute wurden Gravitonen nicht entdeckt, und keine Theorien der Quantengravitation waren erfolgreich oder allgemein angenommen.