Cele 4 forțe fundamentale ale fizicii

Forțele fundamentale (sau interacțiunile fundamentale) ale fizicii sunt modalitățile prin care particulele individuale interacționează între ele. Se dovedește că fiecare interacțiune observată care are loc în univers poate fi defalcată și descrisă doar prin patru (bine, în general, încă patru tipuri de interacțiuni ulterioare):

• Gravitatie
• electromagnetism
• Interacțiune slabă (sau forța nucleară slabă)
• Interacțiune puternică (sau forță nucleară puternică)

Gravitatie

Dintre forțele fundamentale, gravitația are cea mai îndepărtată atingere, dar este cea mai slabă în mărime reală.

Este o forță pur atractivă care atinge chiar și golul „gol” de spațiu pentru a atrage două mase una spre cealaltă. Menține planetele pe orbită în jurul soarelui și luna în orbită în jurul Pământului.

Gravitația este descrisă sub teoria relativității generale, care o definește drept curbura spațiului în jurul unui obiect de masă. La rândul său, această curbură creează o situație în care calea cea mai mică de energie este spre celălalt obiect al masei.

electromagnetism

Electromagnetismul este interacțiunea particulelor cu o sarcină electrică. Particulele încărcate în repaus interacționează prin forțe electrostatice, în timp ce în mișcare interacționează atât prin forțe electrice cât și prin cele magnetice.

Multă vreme, forțele electrice și magnetice au fost considerate a fi forțe diferite, dar au fost în cele din urmă unificate de James Clerk Maxwell în 1864, sub ecuațiile lui Maxwell. În anii 40, electrodinamica cuantică a consolidat electromagnetismul cu fizica cuantică.

Electromagnetismul este poate cea mai răspândită forță din lumea noastră, deoarece poate afecta lucrurile la o distanță rezonabilă și cu o cantitate corectă de forță.

Interacțiune slabă

Interacțiunea slabă este o forță foarte puternică care acționează la scara nucleului atomic. Provoacă fenomene precum beta-descompunerea. A fost consolidată cu electromagnetismul ca o singură interacțiune numită „interacțiune electroweak”. Interacțiunea slabă este mediată de bosonul W (există două tipuri, W⁺ și W^- bosoni) și, de asemenea, bosonul Z.

Interacțiune puternică

Cea mai puternică dintre forțe este interacțiunea puternică numită în mod adecvat, care este forța care, printre altele, menține nucleonii (protonii și neutronii) legați împreună. În atomul de heliu, de exemplu, este suficient de puternic să lege doi protoni între ei, chiar dacă sarcinile lor electrice pozitive îi determină să se respingă reciproc.

În esență, interacțiunea puternică permite particulelor numite gluoni să lege unii quark pentru a crea nucleonii în primul rând. Gluonii pot interacționa și cu alte gluoni, ceea ce conferă interacțiunii puternice o distanță teoretic infinită, deși manifestările sale majore sunt toate la nivel subatomic.

Unificarea Forțelor Fundamentale

Mulți fizicieni consideră că toate cele patru forțe fundamentale sunt, de fapt, manifestările unei singure forțe subiacente (sau unificate) care încă nu a fost descoperită. Așa cum electricitatea, magnetismul și forța slabă au fost unificate în interacțiunea electroweak, ele lucrează pentru unificarea tuturor forțelor fundamentale.

Interpretarea mecanică cuantică actuală a acestor forțe este aceea că particulele nu interacționează direct, ci manifestă particule virtuale care mediază interacțiunile reale. Toate forțele, cu excepția gravitației, au fost consolidate în acest „model standard” de interacțiune.

Se numește efortul de unificare a gravitației cu celelalte trei forțe fundamentale gravitația cuantică. Postulează existența unei particule virtuale numită graviton, care ar fi elementul mediator în interacțiunile gravitaționale. Până în prezent, gravitonele nu au fost detectate și nici o teorie a gravitației cuantice nu a fost reușită sau adoptată în mod universal.