Četiri temeljne sile fizike

Temeljne sile (ili temeljne interakcije) fizika su načini na koje pojedinačne čestice međusobno djeluju. Ispada da se svaka pojedina interakcija koja se opaža u svemiru može raščlaniti i opisati samo četiri (dobro, općenito četiri - o tome kasnije više):

• Gravitacija
• elektromagnetizam
• Slaba interakcija (ili slaba nuklearna sila)
• Jaka interakcija (ili jaka nuklearna sila)

Od osnovnih sila gravitacija ima najudaljeniji doseg, ali je najslabija u stvarnoj veličini.

To je čisto privlačna sila koja dopire kroz čak i "praznu" prazninu prostora koju treba crtati dvije mise jedni prema drugima. Održava planete u orbiti oko Sunca i Mjeseca u orbiti oko Zemlje.

Gravitacija je opisana u odjeljku teorija opće relativnosti, koja ga definira kao zakrivljenost prostornog vremena oko objekta mase. Ova zakrivljenost, zauzvrat, stvara situaciju kada je put najmanje energije prema drugom objektu mase.

Elektromagnetizam je interakcija čestica s električnim nabojem. Punjene čestice u mirovanju djeluju kroz

Dugo su se smatrale da su električne i magnetske sile različite sile, ali ih je na kraju ujedinila James Clerk Maxwell 1864., pod Maxwellovim jednadžbama. U 40-ima, kvantna elektrodinamika je učvrstila elektromagnetizam s kvantnom fizikom.

Elektromagnetizam je možda najzastupljenija sila u našem svijetu, jer može utjecati na stvari na razumnoj udaljenosti i s priličnom količinom sile.

Slaba interakcija je vrlo moćna sila koja djeluje na skali atomskog jezgra. Uzrokuje pojave poput beta propadanja. Konsolidiran je s elektromagnetizmom kao jedinstvenom interakcijom koja se naziva "elektro-slaba interakcija". Slaba interakcija posreduje W bozon (postoje dvije vrste, W⁺ i W^- bozoni) a također i Z bozon.

Najjača sila je prikladno nazvana snažna interakcija, a to je sila koja, između ostalog, drži nukleone (protone i neutrone) spojene. U atom helija, na primjer, dovoljno je jak da sveže dva protoni zajedno iako njihovi pozitivni električni naboji uzrokuju međusobno odbijanje.

U biti, snažna interakcija omogućuje česticama zvanim gluonima da se spoje zajedno kvarkove kako bi stvorili nukleone u prvom redu. Gluoni mogu komunicirati i s drugim gluonima, što jakoj interakciji daje teoretski beskonačnu udaljenost, iako su glavne manifestacije sve na subatomskoj razini.

Mnogi fizičari vjeruju da su sve četiri temeljne sile u stvari očitovanje jedinstvene (ili ujedinjene) sile koju tek treba otkriti. Baš kao što su elektricitet, magnetizam i slaba sila objedinjeni u interakciji elektro slaba, oni djeluju na objedinjavanju svih osnovnih sila.

Struja kvantno mehanička interpretacija ovih sila je da čestice ne djeluju izravno, već manifestiraju virtualne čestice koje posreduju stvarne interakcije. Sve sile, osim gravitacije, objedinjene su u ovaj "standardni model" interakcije.

Poziva se objedinjavanje gravitacije s ostale tri temeljne sile kvantna gravitacija. To postulira postojanje virtualne čestice naziva se graviton, koji bi bio posrednički element u gravitacijskim interakcijama. Do danas gravitoni nisu otkriveni i niti jedna teorija kvantne gravitacije nije uspješno ili univerzalno usvojena.