Οι 4 Βασικές Δυνάμεις της Φυσικής

Οι θεμελιώδεις δυνάμεις (ή οι βασικές αλληλεπιδράσεις) του η φυσικη είναι οι τρόποι αλληλεπίδρασης μεμονωμένων σωματιδίων μεταξύ τους. Αποδεικνύεται ότι κάθε αλληλεπίδραση που παρατηρείται στο σύμπαν μπορεί να αναλυθεί και να περιγραφεί μόνο από τέσσερις τύπους αλληλεπιδράσεων:

• Βαρύτητα
• Ηλεκτρομαγνητισμός
• Αδύναμη αλληλεπίδραση (ή Αδύναμη Πυρηνική Δύναμη)
• Ισχυρή αλληλεπίδραση (ή ισχυρή πυρηνική δύναμη)

Από τις θεμελιώδεις δυνάμεις, η βαρύτητα έχει την μεγαλύτερη απόσταση, αλλά είναι το πιο αδύναμο σε πραγματικό μέγεθος.

Είναι μια καθαρά ελκυστική δύναμη που φτάνει μέχρι και το "άδειο" κενό του χώρου για να τραβήξει δύο μάζες το ένα προς το άλλο. Διατηρεί τους πλανήτες σε τροχιά γύρω από τον ήλιο και το φεγγάρι σε τροχιά γύρω από τη Γη.

Η βαρύτητα περιγράφεται στο θεωρία της γενικής σχετικότητας, που το ορίζει ως την καμπυλότητα του χωροχρόνου γύρω από ένα αντικείμενο μάζας. Αυτή η καμπυλότητα, με τη σειρά της, δημιουργεί μια κατάσταση όπου η διαδρομή της ελάχιστης ενέργειας είναι προς το άλλο αντικείμενο μάζας.

Ο ηλεκτρομαγνητισμός είναι η αλληλεπίδραση σωματιδίων με ένα ηλεκτρικό φορτίο. Τα φορτισμένα σωματίδια σε ηρεμία αλληλεπιδρούν μέσω ηλεκτροστατικές δυνάμεις, ενώ σε κίνηση αλληλεπιδρούν μέσω ηλεκτρικών και μαγνητικών δυνάμεων.

Για πολύ καιρό, οι ηλεκτρικές και μαγνητικές δυνάμεις θεωρούνταν διαφορετικές δυνάμεις, αλλά τελικά ενοποιούνταν James Clerk Maxwell το 1864, κάτω από τις εξισώσεις του Maxwell. Στη δεκαετία του 1940, η κβαντική ηλεκτροδυναμική παγίωσε τον ηλεκτρομαγνητισμό με την κβαντική φυσική.

Ο ηλεκτρομαγνητισμός είναι ίσως η πιο διαδεδομένη δύναμη στον κόσμο μας, καθώς μπορεί να επηρεάσει τα πράγματα σε λογική απόσταση και με ένα δίκαιο ποσό δύναμης.

Η ασθενής αλληλεπίδραση είναι μια πολύ ισχυρή δύναμη που δρα στην κλίμακα του ατομικού πυρήνα. Προκαλεί φαινόμενα όπως η φθορά της βήτα. Έχει εδραιωθεί με τον ηλεκτρομαγνητισμό ως μια ενιαία αλληλεπίδραση που ονομάζεται "ηλεκτρική αλληλεπίδραση". Η ασθενής αλληλεπίδραση διαμεσολαβείται από το μποζόνιο W (υπάρχουν δύο τύποι, ο W⁺ και W^- bosons) και επίσης το bozon Z.

Η ισχυρότερη των δυνάμεων είναι η εύστοχη ονομαστική αλληλεπίδραση, η οποία είναι η δύναμη που, μεταξύ άλλων, διατηρεί τα νουκλεόνια (πρωτόνια και νετρόνια) μεταξύ τους. Στο ατόμου ηλίου, για παράδειγμα, είναι αρκετά ισχυρή για να δεσμεύσει δύο πρωτόνια μαζί, παρόλο που τα θετικά τους ηλεκτρικά φορτία τους αναγκάζουν να αποκρούσουν ο ένας τον άλλον.

Στην ουσία, η ισχυρή αλληλεπίδραση επιτρέπει στα σωματίδια που ονομάζονται gluons να δεσμεύουν τα κουάρκ για να δημιουργήσουν πρώτα τα νουκλεόνια. Τα γλουτόνια μπορούν επίσης να αλληλεπιδράσουν με άλλα gluons, που δίνουν τη δυνατή αλληλεπίδραση μια θεωρητικά απεριόριστη απόσταση, αν και οι σημαντικές εκδηλώσεις είναι όλες στο υποατομικό επίπεδο.

Πολλοί φυσικοί πιστεύουν ότι και οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις είναι, στην πραγματικότητα, οι εκδηλώσεις μιας ενιαίας υποκείμενης (ή ενοποιημένης) δύναμης που δεν έχει ακόμη ανακαλυφθεί. Ακριβώς όπως η ηλεκτρική ενέργεια, ο μαγνητισμός και η αδύναμη δύναμη ενοποιήθηκαν στην αλληλεπιδραστική αλληλεπίδραση, εργάζονται για την ενοποίηση όλων των θεμελιωδών δυνάμεων.

Το ρεύμα κβαντική μηχανική ερμηνεία από αυτές τις δυνάμεις είναι ότι τα σωματίδια δεν αλληλεπιδρούν άμεσα, αλλά μάλλον εκδηλώνονται εικονικά σωματίδια που μεσολαβούν στις πραγματικές αλληλεπιδράσεις. Όλες οι δυνάμεις εκτός από τη βαρύτητα έχουν εδραιωθεί σε αυτό το "Πρότυπο Μοντέλο" αλληλεπίδρασης.

Η προσπάθεια να ενοποιηθεί η βαρύτητα με τις άλλες τρεις θεμελιώδεις δυνάμεις καλείται κβαντική βαρύτητα. Υποθέτει ότι την ύπαρξη ενός εικονικού σωματιδίου που ονομάζεται graviton, το οποίο θα είναι το στοιχείο διαμεσολάβησης στις αλληλεπιδράσεις βαρύτητας. Μέχρι σήμερα, δεν έχουν ανιχνευθεί βαρύτονα και δεν υπάρχουν θεωρίες κβαντικής βαρύτητας επιτυχημένες ή καθολικά υιοθετημένες.