Vilka är fysikens grundläggande krafter?

Fysikens fundamentala krafter (eller fundamentala interaktioner) är sätten som enskilda partiklar interagerar med varandra. Det visar sig att varje enskild interaktion som observeras äger rum i universum kan brytas ned och beskrivas av endast fyra (nåja, i allmänhet fyra – mer om det senare) typer av interaktioner:

• Gravity

• Elektromagnetism
• Svag interaktion (eller svag kärnkraft)
• Stark interaktion (eller stark kärnkraft)

Gravity

Av de fundamentala krafterna, gravitationen har den längsta räckvidden, men den är den svagaste i verklig storlek

Det är en rent attraktionskraft som sträcker sig t.o.m. det ”tomma” utrymmet för att dra två massor mot varandra. I t håller planeterna i omloppsbana runt solen och månen i omloppsbana runt jorden.

Gravitation beskrivs under den allmänna relativitetsteorin, som definierar den som rumtidens krökning runt ett föremål med massa. Denna krökning skapar i sin tur en situation där minsta energins väg går mot det andra massaobjektet.

Elektromagnetism

Elektromagnetism är växelverkan mellan partiklar och en elektrisk laddning. Laddade partiklar i vila samverkar genom elektrostatiska krafter, medan de i rörelse interagerar genom både elektriska och magnetiska krafter.

Under lång tid ansågs de elektriska och magnetiska krafterna vara olika krafter, men de förenades till slut av James Clerk Maxwell 1864, under Maxwells ekvationer. På 1940-talet konsoliderade kvantelektrodynamik elektromagnetism med kvantfysik.

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

Svag interaktion

Den svaga interaktionen är en mycket kraftfull kraft som verkar på skalan av atomkärnan. Det orsakar fenomen som beta-förfall. Det har konsoliderats med elektromagnetism som en enda interaktion som kallas ”elektro-svag interaktion.” Den svaga interaktionen förmedlas av W-bosonen (det finns två typer, W⁺ och W^– bosoner) och även Z-bosonen.

Stark interaktion

Den starkaste av krafterna är den passande namnet starka interaktionen, som är den kraft som bland annat håller nukleoner (protoner och neutroner) sammanbundna. I heliumatomen är den till exempel tillräckligt stark för att binda samman två protoner trots att deras positiva elektriska laddningar får dem att stöta bort varandra.

I huvudsak tillåter den starka interaktionen partiklar som kallas gluoner att binda samman kvarkar 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 dess huvudsakliga manifestationer alla är på subatomär nivå.

Unifying the Fundamental Krafter

Många fysiker tror att alla fyra av de grundläggande krafterna i själva verket är manifestationer av en enda underliggande (eller enad) kraft som ännu inte har upptäckts. Precis som elektricitet, magnetism och den svaga kraften förenades till den elektrosvaga växelverkan, arbetar de för att förena alla grundläggande krafter.

Den nuvarande kvantmekaniska tolkningen av dessa krafter är att partiklarna gör inte interagerar direkt, utan snarare manifesterar virtuella partiklar som förmedlar de faktiska interaktionerna. Alla krafter förutom tyngdkraften har konsoliderats i denna ”standardmodell” av interaktion.

Ansträngningen att förena gravitationen med de andra tre grundläggande krafterna är kallas