4 pagrindinės fizikos jėgos

Šis Hablo kosminio teleskopo vaizdas atskleidžia tūkstančius galaktikų, besitęsiančių laiku per milijardus šviesmečių erdvės. Vaizdas apima didelio galaktikų surašymo, vadinamo Didžiosios observatorijų kilmės giluminiu tyrimu (GOODS), dalį. NASA, ESA, GOODS komanda ir M. Giavialisco (Masačusetso universitetas, Amherstas)

Pagrindinės jėgos (arba pagrindinės sąveikos). fizika yra būdai, kuriais atskiros dalelės sąveikauja viena su kita. Pasirodo, kad kiekvieną pastebėtą sąveiką visatoje galima suskirstyti ir apibūdinti tik keturiais (gerai, paprastai keturiais – daugiau apie tai vėliau) sąveikų tipais:

• Gravitacija
• Elektromagnetizmas
• Silpna sąveika (arba silpnos branduolinės pajėgos)
• Stipri sąveika (arba stiprios branduolinės jėgos)

Gravitacija

Iš pagrindinių jėgų gravitacija yra toliausiai pasiekiama, tačiau ji yra silpniausia pagal tikrąjį dydį.

Tai grynai patraukli jėga, kuri pasiekia net per „tuščią“ piešimo erdvės tuštumą dvi masės vienas kito link. Jis išlaiko planetas orbitoje aplink saulę, o mėnulį – aplink Žemę.

Gravitacija aprašyta po bendrosios reliatyvumo teorija , kuris apibrėžia jį kaip erdvėlaikio kreivumą aplink masės objektą. Šis kreivumas, savo ruožtu, sukuria situaciją, kai mažiausiai energijos kelias eina link kito masės objekto.

Elektromagnetizmas

Elektromagnetizmas – tai dalelių sąveika su elektros krūviu. Įkrautos dalelės ramybės būsenoje sąveikauja perelektrostatinės jėgos, judėdami jie sąveikauja tiek elektros, tiek magnetinėmis jėgomis.

Ilgą laiką elektrinės ir magnetinės jėgos buvo laikomos skirtingomis jėgomis, tačiau galiausiai jas suvienijo Jamesas Clerkas Maxwellas 1864 m., pagal Maksvelo lygtis. 1940-aisiais kvantinė elektrodinamika sujungė elektromagnetizmą su kvantine fizika.

Elektromagnetizmas yra bene labiausiai paplitusi jėga mūsų pasaulyje, nes jis gali paveikti daiktus per protingą atstumą ir su nemaža jėga.

Silpna sąveika

Silpna sąveika yra labai galinga jėga, kuri veikia atomo branduolio mastu. Tai sukelia tokius reiškinius kaip beta irimas. Jis buvo sujungtas su elektromagnetizmu kaip viena sąveika, vadinama „elektro silpnąja sąveika“. Silpną sąveiką tarpininkauja W bozonas (yra du tipai, W⁺ir W^-bozonai) ir Z bozonas.

Stipri sąveika

Stipriausia iš jėgų yra taikliai pavadinta stipri sąveika, kuri, be kita ko, palaiko nukleonus (protonus ir neutronus) surištus. Viduje helio atomas , pavyzdžiui, jis yra pakankamai stiprus, kad surištų du protonų kartu, nors dėl teigiamų elektros krūvių jie vienas kitą atstumia.

Iš esmės stipri sąveika leidžia dalelėms, vadinamoms gliuonais, sujungti kvarkus ir sukurti nukleonus. Gliuonai taip pat gali sąveikauti su kitais gliuonais, o tai suteikia stipriai sąveikai teoriškai begalinį atstumą, nors jos pagrindinės apraiškos yra subatominiame lygmenyje.

Pagrindinių jėgų suvienijimas

Daugelis fizikų mano, kad visos keturios pagrindinės jėgos iš tikrųjų yra vienos pagrindinės (arba vieningos) jėgos, kuri dar turi būti atrasta, apraiškos. Lygiai taip pat, kaip elektra, magnetizmas ir silpnoji jėga buvo sujungti į silpną elektros sąveiką, jie suvienija visas pagrindines jėgas.

Dabartinis kvantinė mechaninė interpretacija Šių jėgų dalis yra ta, kad dalelės nesąveikauja tiesiogiai, o veikiau pasireiškia virtualiomis dalelėmis, kurios tarpininkauja faktinei sąveikai. Visos jėgos, išskyrus gravitaciją, buvo sujungtos į šį sąveikos „standartinį modelį“.

Pastangos suvienyti gravitaciją su kitomis trimis pagrindinėmis jėgomis vadinamos kvantinė gravitacija . Jame postuluojama virtualios dalelės egzistavimas vadinamas gravitonu, kuris būtų tarpininkaujantis elementas gravitacinėse sąveikose. Iki šiol gravitonai nebuvo aptikti, nė viena kvantinės gravitacijos teorija nebuvo sėkminga ar visuotinai priimta.