A fizika négy alapvető erõje

Az alapvető erők (vagy alapvető kölcsönhatások) fizika az egyes részecskék kölcsönhatásának kölcsönhatása. Kiderült, hogy az univerzumban megfigyelt minden egyes interakció csak négy (jó, általában négy - a későbbi szakaszban részletesebben) interakciók típusaira bontható és leírható:

• súly
• elektromágnesesség
• Gyenge interakció (vagy gyenge nukleáris erő)
• Erős kölcsönhatás (vagy erős nukleáris erő)

Az alapvető erők közül a gravitáció a legtávolabbi, de tényleges nagyságrendje szerint a leggyengébb.

Ez egy tisztán vonzó erő, amely még a rajz "üres" üregén keresztül is eljut két tömeg egymás felé. A bolygók körüli pályán tartják a nap körül, a hold pedig a föld körül.

A gravitáció leírása a általános relativitáselmélet, amely azt definiálja, mint a téridő görbületét egy tömeg tárgya körül. Ez a görbület viszont olyan helyzetet teremt, amikor a legkevesebb energia jár a tömeg másik tárgya felé.

Az elektromágnesesség a részecskék és az elektromos töltés kölcsönhatása. A töltött részecskék nyugalomban kölcsönhatásba lépnek

Hosszú ideig az elektromos és a mágneses erőket különböző erőnek tekintették, de végül egyesítette őket James Clerk Maxwell 1864-ben, Maxwell egyenletei szerint. Az 1940-es években a kvantum-elektrodinamika konszolidálta az elektromágnesességet a kvantumfizikával.

Az elektromágnesesség valószínűleg a legelterjedtebb erő világunkban, mivel ésszerű távolságon és méltányos erővel befolyásolhatja a dolgokat.

A gyenge kölcsönhatás egy nagyon erős erő, amely az atommag méretarányán hat. Olyan jelenségeket okoz, mint a béta-bomlás. Az elektromágnesességgel egységes kölcsönhatásként, az úgynevezett "electroweak interakciónak" tekinthetők. A gyenge kölcsönhatást a W-bozon közvetíti (két típus létezik, a W⁺ és W^- bozonok) és a Z-bozon is.

Az erők közül a legerősebb a helyesen megnevezett erős kölcsönhatás, amely az az erő, amely többek között a nukleonokat (protonokat és neutronokat) tartja összekapcsolva. Ban,-ben hélium atompéldául elég erős kettő kötéséhez protonok együtt annak ellenére, hogy pozitív elektromos töltéseik miatt egymást visszataszítják.

Lényegében az erős kölcsönhatás lehetővé teszi, hogy a gluonoknak nevezett részecskék kvarkokat kössenek össze, hogy először a nukleonokat hozzák létre. A gluonok kölcsönhatásba léphetnek más gluonokkal is, ami az erős kölcsönhatáshoz elméletileg végtelen távolságot ad, bár a legfontosabb megnyilvánulások mind szubatomi szinten vannak.

Sok fizikus úgy véli, hogy mind a négy alapvető erő valójában egyetlen alapvető (vagy egységes) erő megnyilvánulása, amelyet még fel kell fedezni. Ahogyan az elektromosság, a mágnesesség és a gyenge erő egyesült az elektromos fénnyel való kölcsönhatásban, az összes alapvető erő egyesítésére törekszenek.

A jelenlegi kvantummechanikai értelmezés Ezen erők között az, hogy a részecskék nem lépnek kölcsönhatásba, hanem virtuális részecskék manifesztálódnak, amelyek közvetítik a tényleges interakciókat. A gravitáció kivételével az összes erőt beépítették az interakció "standard modelljébe".

A gravitációnak a másik három alapvető erővel történő egyesítésére irányuló erőfeszítést nevezik kvantum gravitáció. Azt állítja, hogy virtuális részecske létezése Gravitonnak hívják, amely a gravitációs kölcsönhatások közvetítő eleme lenne. A gravitonokat eddig nem fedezték fel, és a kvantum gravitáció elméletei sem voltak sikeresek vagy általánosan elfogadottak.