Quali sono le quattro forze fondamentali della natura?
Dall'inizio del 20 ° secolo, i fisici hanno riconosciuto quattro forze fondamentali, o interazioni, che comprendono tutti i fenomeni noti in natura. Tre su quattro sono stati caratterizzati rigorosamente e matematicamente dal Modello standard, formulato nei primi anni '70. Le quattro forze sono la forza nucleare forte (nota anche come forza colore), la forza nucleare debole (mediamente il decadimento beta), la forza elettromagnetica e la gravità.
A energie molto elevate, la debole forza nucleare ed elettromagnetica si uniscono (iniziano a comportarsi in modo intercambiabile), mentre a forze ancora più elevate, si ritiene che la forza forte si unisca con l'elettrodebolo e, infine, la forza elettrodebole forte si unisce alla gravità. Si ritiene che tutti e quattro siano stati uniti un istante dopo il Big Bang, nelle prime fasi della formazione dell'universo.
La forte forza nucleare tiene insieme protoni e neutroni nel nucleo atomico. Più specificamente, è mediato dallo scambio di gluoni tra quark che formano protoni e neutroni. È 100 volte più forte della forza elettromagnetica. Quando i nuclei vengono distrutti nelle reazioni nucleari, l'energia di questa forza viene rilasciata. Descritto dalla teoria della fisica chiamata cromodinamica quantistica, perde tutta la sua forza in distanze molto più ampie del nucleo atomico.
La forza elettromagnetica è quella con cui le persone hanno più familiarità ed è responsabile di tutte le reazioni chimiche e delle proprietà fisiche più riconoscibili, come la luce. È mediata da fotoni, che compongono tutte le radiazioni elettromagnetiche, dai raggi cosmici alla luce visibile alle onde radio a frequenza estremamente bassa. Sia il calore che la luce sono costituiti da fotoni.
Le interazioni della forza elettromagnetica sono determinate dalla carica elettrica. La ragione per cui la gente non cade su una sedia mentre è seduto su di essa è che la carica negativa dei gusci di elettroni atomici che compongono il corpo è respinta dalla carica negativa dei gusci di elettroni che compongono la sedia. Le onde fotoniche diminuiscono di intensità in base al quadrato della distanza della loro sorgente.
La debole forza nucleare è responsabile di una gamma relativamente piccola di interazioni fondamentali. Media il decadimento beta, che è ciò che accade quando un neutrone si rompe in un protone e un elettrone o un positrone. Mediata dai bosoni W e Z, è circa cento miliardi di volte più debole dell'elettromagnetico. Funziona solo su brevi distanze.
La gravità è la più debole di tutte le forze, ma la più pervasiva nell'universo perché è generata da tutti i corpi con massa. La gravità è 10 36 volte più debole della forza elettromagnetica, il che rende difficile un'analisi matematica. Le particelle pensate per mediare la gravità - gravitoni - non sono state ancora rilevate. La gravità si distingue anche dalle altre forze in quanto non è stata ancora integrata con le altre in modo matematico rigoroso. I fisici hanno cercato una teoria per unificare la gravità con le altre forze per quasi un secolo, senza fortuna finora.