Fysiikan neljä perusvoimaa

Perusvoimat (tai perustavanlaatuinen vuorovaikutus) fysiikka ovat tapoja, joilla yksittäiset hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Osoittautuu, että jokainen havaittu maailmankaikkeudessa tapahtuva vuorovaikutus voidaan jakaa ja kuvata vain neljällä (hyvin, yleensä neljällä - myöhemmässä) vuorovaikutustyypillä:

• painovoima
• sähkömagnetismi
• Heikko vuorovaikutus (tai heikko ydinvoima)
• Vahva vuorovaikutus (tai vahva ydinvoima)

Perusvoimista gravitaatio on kauimpana, mutta se on tosiasiallisesti heikoin.

Se on puhtaasti houkutteleva voima, joka ulottuu jopa "tyhjän" tyhjän tilan tyhjentämistä varten kaksi massaa kohti toisiaan. Se pitää planeetat kiertoradalla auringon ympärillä ja kuun kiertoradalla maapallon ympärillä.

Painovoima on kuvattu kohdassa yleisen suhteellisuusteorian teoria, joka määrittelee sen avaruusajan kaarevuudeksi massakohteen ympärillä. Tämä kaarevuus puolestaan ​​luo tilanteen, jossa vähiten energiapolku on kohti toista massaobjektia.

Sähkömagneettisuus on hiukkasten vuorovaikutusta sähkövarauksen kanssa. Ladatut hiukkaset levossa vuorovaikutuksessa

Pitkään sähkö- ja magneettivoimia pidettiin eri voimina, mutta ne yhdistivät lopulta James Clerk Maxwell vuonna 1864, Maxwellin yhtälöiden mukaisesti. 1940-luvulla kvantielektrodynamiikka vakiinnutti sähkömagneettisuuden kvanttifysiikan kanssa.

Sähkömagnetismi on ehkä maailman yleisimpiä voimia, koska se voi vaikuttaa asioihin kohtuullisella etäisyydellä ja kohtuullisella voimamäärällä.

Heikko vuorovaikutus on erittäin voimakas voima, joka vaikuttaa atomin ytimen mittakaavassa. Se aiheuttaa ilmiöitä, kuten beetahajoamista. Se on vakiinnutettu sähkömagneetismiin yhtenä vuorovaikutuksena, jota kutsutaan "sähkövirtavuorovaikutukseksi". Heikkoa vuorovaikutusta välittää W-bosoni (niitä on kahta tyyppiä, W⁺ ja W^- bosonit) ja myös Z-bosoni.

Voimien vahvin on osuvasti nimetty vahva vuorovaikutus, joka on voima, joka muun muassa pitää nukleonit (protonit ja neutronit) sidoksissa toisiinsa. vuonna heliumatomiesimerkiksi se on riittävän vahva sitomaan kaksi protoneja yhdessä, vaikka niiden positiiviset sähkövaraukset saavat heidät torjumaan toisiaan.

Pohjimmiltaan vahva vuorovaikutus sallii gluoniksi kutsuttujen hiukkasten sitoutua kvarkeihin nukleonien luomiseksi. Gluonit voivat myös olla vuorovaikutuksessa muiden gluonien kanssa, mikä antaa vahvalle vuorovaikutukselle teoreettisesti äärettömän etäisyyden, vaikkakin sen tärkeimmät ilmenemismuodot ovat subatomialla.

Monet fyysikot uskovat, että kaikki neljä perusvoimaa ovat itse asiassa yhden alla olevan (tai yhtenäisen) voiman, joka on vielä löytämättä, ilmenemismuodot. Aivan kuten sähkö, magneettisuus ja heikko voima yhdistyivät sähköhöyryn vuorovaikutukseen, ne toimivat kaikkien perusvoimien yhtenäistämiseksi.

Nykyinen kvanttimekaaninen tulkinta näistä voimista on se, että hiukkaset eivät ole vuorovaikutuksessa suoraan, vaan ilmentävät virtuaalisia hiukkasia, jotka välittävät todellisia vuorovaikutuksia. Kaikki voimat painovoimaa lukuun ottamatta on yhdistelty tähän vuorovaikutuksen "standardimalliin".

Yritystä yhdistää painovoima muiden kolmen perusvoiman kanssa kutsutaan kvanttipaino. Se postuloi virtuaalisen hiukkasen olemassaolo kutsutaan gravitoniksi, joka olisi välittäjäelementti painovoimavuorovaikutuksissa. Tähän päivään mennessä gravitoneja ei ole havaittu, eikä yksikään kvanttigravitaation teorioita ole onnistunut tai yleisesti hyväksytty.