Jaké jsou čtyři základní přírodní síly?

Od počátku 20. století fyzikové rozpoznali čtyři základní síly nebo interakce, které zahrnují všechny známé jevy v přírodě. Tři ze čtyř byly přísně a matematicky charakterizovány standardním modelem, který byl formulován na počátku 70. let. Čtyři síly jsou silná jaderná síla (také známá jako barevná síla), slabá jaderná síla (zprostředkuje beta rozpad), elektromagnetická síla a gravitace.

Při velmi vysokých energiích se slabá jaderná a elektromagnetická síla spojí (začnou se chovat zaměnitelně), zatímco u stále vyšších sil se předpokládá, že silná síla se spojí s elektroslabem, a nakonec se silně elektrospeakční síla spojí s gravitací. Předpokládá se, že všechny čtyři byly sjednoceny okamžitě po Velkém třesku v nejranějších stádiích vesmírné formace.

Silná jaderná síla drží pohromadě protony a neutrony v atomovém jádru. Konkrétněji je zprostředkována výměnou gluonů mezi kvarky tvořícími protony a neutrony. Je 100krát silnější než elektromagnetická síla. Když se jádra rozbijí v jaderných reakcích, uvolní se energie z této síly. Popsaná teorií fyziky zvaná kvantová chromodynamika, ztrácí veškerou svou sílu ve vzdálenosti mnohem širší než atomové jádro.

Elektromagnetická síla je ta, se kterou jsou lidé nejznámější, a je zodpovědná za všechny chemické reakce a nejznámější fyzikální vlastnosti, jako je světlo. Je zprostředkováno fotony, které tvoří veškeré elektromagnetické záření, od kosmického záření k viditelnému světlu po extrémně nízkofrekvenční rádiové vlny. Teplo i světlo jsou tvořeny fotony.

Interakce elektromagnetické síly jsou určeny elektrickým nábojem. Důvodem, proč lidé nesedí židlí, zatímco sedí na ní je to, že záporný náboj atomových nábojů elektronů tvořících tělo je odrazen záporným nábojem nábojů elektronů tvořících křeslo. Fotonové vlny se zmenšují v síle podle čtverce vzdálenosti jejich zdroje.

Slabá jaderná síla je zodpovědná za relativně malý rozsah základních interakcí. Zprostředkovává beta rozpad, což se stane, když se neutron rozpadne na proton a elektron nebo pozitron. Zprostředkované bosony W a Z je asi stok miliardkrát slabší než elektromagnetické. Funguje pouze na krátké vzdálenosti.

Gravitace je nejslabší ze všech sil, ale nejrozšířenější ve vesmíru, protože je vytvářena všemi těly s hmotou. Gravitace je 10 36krát slabší než elektromagnetická síla, což ztěžuje matematickou analýzu. Částice, o nichž se předpokládá, že zprostředkovávají gravitaci - gravitony - dosud nebyly detekovány. Gravitace je také odlišná od ostatních sil v tom, že ještě nebyla integrována s ostatními přísně matematickým způsobem. Fyzici hledali teorii, která by sjednotila gravitaci s ostatními silami již téměř jedno století, zatím bez štěstí.