Hvad er de fire grundlæggende kræfter i naturen?

Siden det tidlige 20. århundrede har fysikere anerkendt fire grundlæggende kræfter eller interaktioner, der omfatter alle kendte fænomener i naturen. Tre ud af fire er blevet karakteriseret strengt og matematisk af standardmodellen, formuleret i de tidlige 1970'ere. De fire kræfter er den stærke atomkraft (også kendt som farvekraften), den svage atomkraft (medierer beta-henfald), den elektromagnetiske kraft og tyngdekraften.

Ved meget høje energier forenes den svage nukleare og den elektromagnetiske kraft (begynder at opføre sig udskifteligt), mens det ved stadig højere kræfter antages, at den stærke kraft forenes med elektroken, og til sidst forener den stærk-elektrækkende kraft med tyngdekraften. Det menes, at alle fire blev forenet et øjeblik efter Big Bang, i de tidligste stadier af universets dannelse.

Den stærke atomkraft holder protoner og neutroner sammen i atomkernen. Mere specifikt er det formidlet af udvekslingen af ​​gluoner mellem kvarker, der udgør protoner og neutroner. Det er 100 gange stærkere end den elektromagnetiske kraft. Når kerner knuses i nukleare reaktioner, frigives energi fra denne kraft. Beskrevet af teorien om fysik kaldet kvante-kromodynamik mister den al sin styrke i afstande meget bredere end atomkernen.

Den elektromagnetiske kraft er den, som folk er mest kendte med, og den er ansvarlig for alle kemiske reaktioner og de mest genkendelige fysiske egenskaber, såsom lys. Det formidles af fotoner, der udgør al elektromagnetisk stråling, fra kosmiske stråler til synligt lys til ekstremt lavfrekvente radiobølger. Både varme og lys består af fotoner.

Elektromagnetiske kraftinteraktioner bestemmes ved elektrisk ladning. Årsagen til at folk ikke falder gennem en stol, mens de sidder på den, er, at den negative ladning af de atomære elektronskaller, der udgør kroppen, frastøttes af den negative ladning af elektronskaller, der udgør stolen. Fotonbølger mindskes i styrke afhængigt af kvadratet for afstanden fra deres kilde.

Den svage atomkraft er ansvarlig for en relativt lille række grundlæggende interaktioner. Det formidler beta-henfald, hvilket er, hvad der sker, når en neutron nedbrydes til en proton og en elektron eller positron. Medieret af W- og Z-bosoner er den omkring hundrede milliarder gange svagere end den elektromagnetiske. Den fungerer kun over korte afstande.

Tyngdekraften er den svageste af alle kræfter, men den mest gennemgribende i universet, fordi den genereres af alle organer med masse. Tyngdekraften er 10 ³⁶ gange svagere end den elektromagnetiske kraft, hvilket gør det svært at analysere matematisk. Partiklerne, der menes at mediere tyngdekraften - gravitoner - er endnu ikke blevet påvist. Tyngdekraften adskiller sig også fra de andre kræfter, idet den endnu ikke er integreret med de andre på en streng matematisk måde. Fysikere har søgt efter en teori for at forene tyngdekraften med de andre kræfter i næsten et århundrede uden held så langt.