De 4 fundamentele krachten van de natuurkunde

De fundamentele krachten (of fundamentele interacties) van de fysica zijn de manieren waarop individuele deeltjes met elkaar omgaan. Het blijkt dat elke waargenomen interactie die plaatsvindt in het universum kan worden opgesplitst en beschreven door slechts vier (nou ja, over het algemeen vier meer later) soorten interacties:

• Zwaartekracht
• electromagnetisme
• Zwakke interactie (of zwakke nucleaire kracht)
• Sterke interactie (of sterke nucleaire kracht)

Zwaartekracht

Van de fundamentele krachten heeft de zwaartekracht het verste bereik, maar het is de zwakste in werkelijke grootte.

Het is een puur aantrekkelijke kracht die zelfs door de 'lege' leegte reikt om twee massa's naar elkaar toe te trekken. Het houdt de planeten in een baan rond de zon en de maan in een baan rond de aarde.

Zwaartekracht wordt beschreven onder de algemene relativiteitstheorie, die deze definieert als de kromming van ruimtetijd rond een massa-object. Deze kromming creëert op zijn beurt een situatie waarin de weg van de minste energie naar het andere object van massa is.

electromagnetisme

Elektromagnetisme is de interactie van deeltjes met een elektrische lading. Geladen deeltjes in rust interacteren door elektrostatische krachten, terwijl ze in beweging interacteren door zowel elektrische als magnetische krachten.

Lange tijd werden de elektrische en magnetische krachten als verschillende krachten beschouwd, maar ze werden uiteindelijk verenigd door James Clerk Maxwell in 1864, onder de vergelijkingen van Maxwell. In de jaren veertig consolideerde kwantumelektrodynamica elektromagnetisme met kwantumfysica.

Elektromagnetisme is misschien wel de meest voorkomende kracht in onze wereld, omdat het dingen op een redelijke afstand en met een behoorlijke hoeveelheid kracht kan beïnvloeden.

Zwakke interactie

De zwakke interactie is een zeer krachtige kracht die op de schaal van de atoomkern werkt. Het veroorzaakt fenomenen zoals bèta-verval. Het is geconsolideerd met elektromagnetisme als een enkele interactie die de 'elektroweak-interactie' wordt genoemd. De zwakke interactie wordt gemedieerd door het W-boson (er zijn twee typen, de W⁺ en W^- bosonen) en ook het Z-boson.

Sterke interactie

De sterkste van de krachten is de toepasselijk genoemde sterke interactie, die de kracht is die onder andere nucleonen (protonen en neutronen) aan elkaar houdt. In het heliumatoom is het bijvoorbeeld sterk genoeg om twee protonen aan elkaar te binden, ook al zorgen hun positieve elektrische ladingen ervoor dat ze elkaar afstoten.

In wezen zorgt de sterke interactie ervoor dat deeltjes die gluonen worden genoemd quarks aan elkaar binden om de nucleonen in de eerste plaats te creëren. Gluonen kunnen ook interageren met andere gluonen, wat de sterke interactie een theoretisch oneindige afstand geeft, hoewel de belangrijkste manifestaties zich allemaal op het subatomaire niveau bevinden.

De basiskrachten verenigen

Veel natuurkundigen geloven dat alle vier de fundamentele krachten in feite de manifestaties zijn van een enkele onderliggende (of verenigde) kracht die nog moet worden ontdekt. Net zoals elektriciteit, magnetisme en de zwakke kracht verenigd werden in de elektroweak-interactie, werken ze om alle fundamentele krachten te verenigen.

De huidige kwantummechanische interpretatie van deze krachten is dat de deeltjes niet direct op elkaar inwerken, maar eerder virtuele deeltjes vertonen die de werkelijke interacties bemiddelen. Alle krachten behalve de zwaartekracht zijn geconsolideerd in dit "standaardmodel" van interactie.

De poging om de zwaartekracht te verenigen met de andere drie fundamentele krachten wordt genoemd kwantumzwaartekracht. Het postuleert het bestaan ​​van een virtueel deeltje genaamd de graviton, dat het bemiddelende element zou zijn in zwaartekrachtinteracties. Tot op heden zijn gravitonen niet gedetecteerd en zijn geen theorieën over kwantumzwaartekracht succesvol of universeel overgenomen.