物理学の 4 つの基本的な力
このハッブル宇宙望遠鏡のビューは、何十億光年もの宇宙を横切って時間をさかのぼる何千もの銀河を明らかにしています。この画像は、Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS) と呼ばれる大規模な銀河センサスの一部をカバーしています。 NASA、ESA、GOODS チーム、M. Giavialisco (マサチューセッツ大学アマースト校)
の基本的な力 (または基本的な相互作用) 物理 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、4 つのタイプ (まあ、一般的には 4 つ - それについては後で詳しく説明します) だけ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、「虚無」の空間さえも引き寄せる純粋な引力です。 二大衆 お互いに向かって。惑星は太陽の周りを回っており、月は地球の周りを回っています。
重力については、 一般相対性理論 、質量のオブジェクトの周りの時空の曲率としてそれを定義します。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
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気力、動いている間、それらは電気力と磁力の両方を介して相互作用します。
長い間、電気力と磁力は別の力と考えられていましたが、ついに統一されました。 ジェームズ・クラーク・マクスウェル 1864 年、マクスウェルの方程式の下で。 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
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 ボソンによって媒介されます (W ボソンの 2 つのタイプがあります)。+とW-ボソン) および Z ボソンも含まれます。
強い相互作用
最も強力な力は、適切な名前が付けられた強力な相互作用です。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。の中に ヘリウム原子 、たとえば、2つをバインドするのに十分な強度があります 陽子 それらの正の電荷がそれらを互いに反発させますが、一緒に。
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、その主要な症状はすべて素粒子レベルにあります。
基本勢力の統一
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ように機能します。
現在 量子力学的解釈 これらの力のうちの 1 つは、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ことです。重力を除くすべての力は、相互作用のこの「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努力は、 量子重力 .それは、 仮想粒子の存在 グラビトンと呼ばれ、重力相互作用の仲介要素となります。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。