Die 4 Grundkräfte der Physik

Die fundamentalen Kräfte (oder fundamentalen Wechselwirkungen) von Physik sind die Arten, wie einzelne Partikel miteinander interagieren. Es stellt sich heraus, dass jede einzelne im Universum beobachtete Interaktion durch nur vier (nun ja, im Allgemeinen vier - dazu später mehr) Interaktionstypen aufgeschlüsselt und beschrieben werden kann:

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

Schwere

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

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

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

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Elektromagnetismus

Elektromagnetismus ist die Wechselwirkung von Partikeln mit einer elektrischen Ladung. Geladene Teilchen in Ruhe interagieren durch elektrostatische KräfteWährend der Bewegung interagieren sie sowohl durch elektrische als auch durch magnetische Kräfte.

Lange Zeit wurden die elektrischen und magnetischen Kräfte als unterschiedliche Kräfte betrachtet, aber sie wurden schließlich durch vereinheitlicht James Clerk Maxwell im Jahr 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 einer angemessenen Menge an Kraft beeinflussen kann.

Schwache Interaktion

Die schwache Wechselwirkung ist eine sehr starke Kraft, die auf der Skala des Atomkerns wirkt. Es verursacht Phänomene wie Beta-Zerfall. 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 Typen, 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 die Nukleonen (Protonen und Neutronen) zusammenhält. In dem HeliumatomZum 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, dass Partikel, die als Gluonen bezeichnet werden, Quarks zusammenbinden, um 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 subatomarer 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, arbeiten sie daran, alle fundamentalen Kräfte zu vereinen.

Die jetzige quantenmechanische Interpretation Zu diesen Kräften gehört, dass die Partikel nicht direkt interagieren, sondern virtuelle Partikel manifestieren, die die tatsächlichen Interaktionen vermitteln. Alle Kräfte außer der Schwerkraft wurden in diesem "Standardmodell" der Wechselwirkung zusammengefasst.

Der Versuch, die Schwerkraft mit den anderen drei Grundkräften zu vereinen, heißt Quantengravitation. Es postuliert die Existenz eines virtuellen Teilchens genannt das Graviton, das das vermittelnde Element bei Wechselwirkungen mit der Schwerkraft sein würde. Bisher wurden Gravitonen nicht nachgewiesen, und keine Theorien zur Quantengravitation wurden erfolgreich oder allgemein angewendet.

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