物理学の 4 つの基本的な力|物理

物理学の基本的な力 (または基本的な相互作用) は、個々の粒子が互いに相互作用する方法です。宇宙で観測されたすべての相互作用は、たった 4 つのタイプ (一般的には 4 つ。後で詳しく説明します) に分類して説明できることがわかりました。

重力

基本的な力の中で、重力は最も遠くまで届きますが、実際の大きさは最も弱いです.

それは純粋に引力であり、空間の「空虚な」ボイドを通り抜けて 2 つの質量を互いに引き寄せます。惑星を太陽の周りの軌道に保ち、月を地球の周りの軌道に保ちます。

重力は、質量のある物体の周りの時空の曲率として定義される一般相対性理論の下で説明されます。次に、この曲率は、最小エネルギーの経路が他の質量の物体に向かう状況を作り出します。

電磁気とは、粒子と電荷との相互作用です。静止している荷電粒子は静電力を介して相互作用しますが、運動中は電気力と磁力の両方を介して相互作用します。

長い間、電気力と磁力は異なる力であると考えられていましたが、1864 年にジェームスクラークマクスウェルによってマクスウェルの方程式の下で最終的に統一されました。 1940 年代、量子電気力学は電磁気学を量子物理学と統合しました。

電磁気は、妥当な距離にあり、かなりの力で物に影響を与える可能性があるため、おそらく私たちの世界で最も一般的な力です.

弱い相互作用は、原子核のスケールで働く非常に強力な力です。ベータ崩壊などの現象を引き起こします。それは「電弱相互作用」と呼ばれる単一の相互作用として電磁気学と統合されました。弱い相互作用は、W ボソン (W ボソンと W ボソンの 2 種類があります) と Z ボソンによって媒介されます。

最も強力な力は、適切な名前の強い相互作用です。これは、とりわけ、核子 (陽子と中性子) を結合し続ける力です。たとえば、ヘリウム原子では、2 つの陽子を結合するのに十分な強度がありますが、それらの正電荷が互いに反発します.

本質的に、強い相互作用により、グルオンと呼ばれる粒子がクォークを結合して、最初に核子を作成できます。グルオンは他のグルオンと相互作用することもできます。これにより、強力な相互作用に理論的には無限の距離が与えられますが、その主な発現はすべて原子レベル以下です。

多くの物理学者は、基本的な力の 4 つすべてが、実際には、まだ発見されていない単一の基礎となる (または統一された) 力の現れであると信じています。電気、磁気、弱い力が電弱相互作用に統合されたように、それらはすべての基本的な力を統合する働きをします.

これらの力の現在の量子力学的解釈は、粒子が直接相互作用するのではなく、実際の相互作用を仲介する仮想粒子を明らかにするというものです。重力を除くすべての力は、この相互作用の「標準モデル」に統合されています。

重力を他の 3 つの基本的な力と統一する試みは、量子重力と呼ばれます。 .これは、重力相互作用の仲介要素となるグラビトンと呼ばれる仮想粒子の存在を仮定しています。今日まで、グラビトンは検出されておらず、量子重力の理論は成功しておらず、広く採用されていません.