Четирите основни сили на физиката

Основните сили (или фундаментални взаимодействия) на физика са начините, по които отделните частици си взаимодействат помежду си. Оказва се, че всяко отделно взаимодействие, наблюдавано във Вселената, може да бъде разбито и описано само от четири (добре, общо четири - повече за това по-късно) видове взаимодействия:

• Земно притегляне
• Електромагнетизмът
• Слабо взаимодействие (или слаба ядрена сила)
• Силно взаимодействие (или силна ядрена сила)

От основните сили гравитацията има най-отдалечен обхват, но е най-слабата в действителна величина.

Това е чисто атрактивна сила, която достига дори до "празното" пространство на пространството, което да рисува две маси един към друг. Той държи планетите в орбита около Слънцето и Луната в орбита около Земята.

Гравитацията е описана в теория на общата относителност, което го определя като кривината на пространственото време около обект от маса. Тази кривина от своя страна създава ситуация, при която пътят на най-малко енергия е към другия обект на маса.

Електромагнетизмът е взаимодействието на частиците с електрически заряд. Заредените частици в покой взаимодействат чрез електростатични сили, докато са в движение, те си взаимодействат чрез електрически и магнитни сили.

Дълго време електрическите и магнитните сили се считаха за различни сили, но накрая бяха обединени от Джеймс Клерк Максуел през 1864 г., по уравненията на Максуел. През 40-те години квантовата електродинамика консолидира електромагнетизма с квантовата физика.

Електромагнетизмът е може би най-разпространената сила в нашия свят, тъй като може да повлияе на нещата на разумно разстояние и с доста голямо количество сила.

Слабото взаимодействие е много мощна сила, която действа в мащаба на атомното ядро. Причинява явления като бета гниене. Той е консолидиран с електромагнетизма като едно цяло взаимодействие, наречено „електро-слабо взаимодействие“. Слабото взаимодействие се медиира от W бозона (има два типа, W⁺ и W^- бозони), а също и Z бозона.

Най-силната от силите е подходящо нареченото силно взаимодействие, което е силата, която, наред с други неща, държи нуклони (протони и неутрони) свързани. В хелиев атом, например, той е достатъчно силен, за да върже две протони заедно, въпреки че техните положителни електрически заряди ги карат да се отблъскват взаимно.

По същество силното взаимодействие позволява частиците, наречени глюони, да се свързват заедно кварки, за да създадат нуклоните на първо място. Глуоните могат да взаимодействат и с други глюони, което дава на силното взаимодействие теоретично безкрайно разстояние, въпреки че основните му прояви са на субатомно ниво.

Много физици смятат, че и четирите основни сили всъщност са прояви на една основна (или единна) сила, която все още не е открита. Точно както електричеството, магнетизмът и слабата сила бяха обединени във взаимодействието с електрослабване, те работят за обединяване на всички основни сили.

Токът квантова механична интерпретация от тези сили е, че частиците не си взаимодействат директно, а по-скоро проявяват виртуални частици, които опосредстват действителните взаимодействия. Всички сили, с изключение на гравитацията, са консолидирани в този "стандартен модел" на взаимодействие.

Нарича се усилието за обединяване на гравитацията с другите три основни сили квантова гравитация. Той постулира на съществуване на виртуална частица наречен гравитон, който би бил посредническият елемент в гравитационните взаимодействия. Към днешна дата гравитоните не са открити и нито една теория на квантовата гравитация не е била успешна или общоприета.