Fysikkens 4 grunnleggende krefter
Dette Hubble-romteleskopet viser tusenvis av galakser som strekker seg tilbake i tid over milliarder av lysår i verdensrommet. Bildet dekker en del av en stor galaksetelling kalt Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS). NASA, ESA, GOODS-teamet og M. Giavialisco (University of Massachusetts, Amherst)
De grunnleggende kreftene (eller grunnleggende interaksjonene) til fysikk er måtene individuelle partikler samhandler med hverandre. Det viser seg at hver enkelt interaksjon som er observert i universet kan brytes ned og beskrives av bare fire (vel, generelt fire – mer om det senere) typer interaksjoner:
- Tyngdekraften
- Elektromagnetisme
- Svak interaksjon (eller svak atomkraft)
- Sterk interaksjon (eller sterk atomkraft)
Tyngdekraften
Av de grunnleggende kreftene har tyngdekraften den lengste rekkevidden, men den er den svakeste i faktisk størrelse.
Det er en rent attraktiv kraft som strekker seg gjennom selv det 'tomme' tomrommet for å tegne to masser mot hverandre. Det holder planetene i bane rundt solen og månen i bane rundt jorden.
Gravitasjon er beskrevet under teori om generell relativitetsteori , som definerer det som krumningen av romtid rundt et masseobjekt. Denne krumningen skaper i sin tur en situasjon der banen til minst energi går mot det andre masseobjektet.
Elektromagnetisme
Elektromagnetisme er samspillet mellom partikler og en elektrisk ladning. Ladede partikler i ro samvirker gjennomelektrostatiske krefter, mens de er i bevegelse samhandler de gjennom både elektriske og magnetiske krefter.
I lang tid ble de elektriske og magnetiske kreftene ansett for å være forskjellige krefter, men de ble til slutt forenet av James Clerk Maxwell i 1864, under Maxwells ligninger. På 1940-tallet konsoliderte kvanteelektrodynamikk elektromagnetisme med kvantefysikk.
Elektromagnetisme er kanskje den mest utbredte kraften i vår verden, siden den kan påvirke ting på rimelig avstand og med en god del kraft.
Svak interaksjon
Det svake samspillet er en veldig kraftig kraft som virker på skalaen til atomkjernen. Det forårsaker fenomener som beta-forfall. Det har blitt konsolidert med elektromagnetisme som en enkelt interaksjon kalt 'elektro-svak interaksjon.' Den svake interaksjonen formidles av W-bosonet (det er to typer, W+og W-bosoner) og også Z-bosonen.
Sterkt samspill
Den sterkeste av kreftene er den passende navngitte sterke interaksjonen, som er kraften som blant annet holder nukleoner (protoner og nøytroner) bundet sammen. I helium atom , for eksempel er den sterk nok til å binde to protoner sammen selv om deres positive elektriske ladninger får dem til å frastøte hverandre.
I hovedsak lar den sterke interaksjonen partikler kalt gluoner binde sammen kvarker for å lage nukleonene i utgangspunktet. Gluoner kan også samhandle med andre gluoner, noe som gir den sterke interaksjonen en teoretisk uendelig avstand, selv om de viktigste manifestasjonene alle er på subatomært nivå.
Forene de grunnleggende kreftene
Mange fysikere tror at alle de fire grunnleggende kreftene faktisk er manifestasjoner av en enkelt underliggende (eller enhetlig) kraft som ennå ikke er oppdaget. Akkurat som elektrisitet, magnetisme og den svake kraften ble forent til den elektrosvake interaksjonen, arbeider de for å forene alle de grunnleggende kreftene.
Den nåværende kvantemekanisk tolkning av disse kreftene er at partiklene ikke interagerer direkte, men snarere manifesterer virtuelle partikler som medierer de faktiske interaksjonene. Alle kreftene bortsett fra tyngdekraften har blitt konsolidert inn i denne 'standardmodellen' for interaksjon.
Arbeidet med å forene tyngdekraften med de tre andre grunnleggende kreftene kalles kvantegravitasjon . Den postulerer eksistensen av en virtuell partikkel kalt graviton, som ville være det medierende elementet i gravitasjonsinteraksjoner. Til dags dato har ikke gravitoner blitt oppdaget, og ingen teorier om kvantetyngdekraft har vært vellykket eller universelt vedtatt.