導入
4 つの基本相互作用が宇宙で観察されるすべての物理現象の原因であり、それぞれが基本力と呼ばれる力によって現れます。これらは、強い核相互作用、電磁相互作用、弱い核相互作用、および重力です。
古典物理学では、重力の法則と電磁気の法則は公理と考えられていました。しかし、 場の量子理論では、これらの力は仮想ボソンの交換によって記述されます。標準モデルは強い相互作用、弱い相互作用、電磁相互作用を記述しますが、重力に関する場の量子理論はまだ開発されていません。
これらの基本的な力の力は通常大きく異なります (下記を参照) が、粒子の運動エネルギーが増加すると、力はより近くなります。ビッグバン直後の非常に高いエネルギーでは、4 つの力すべてが同じ力を持っていると考えられています。
強力な相互作用
強い核相互作用には次のような特性があります。
- それはすべてのハドロン（バリオンと中間子）、つまりクォークで構成されるすべての粒子の凝集に関与しています。それは間接的に原子核の凝集に関与しています。
- 作用半径はわずか 2.5・10 -15 m (0.000 000 000 000 0025 m) です。これは、遠距離では色電荷が「裸」に見えないためです (「閉じ込め」を参照)。
- 既知のすべての相互作用の中で最も強力です。
- グルーオンによって運ばれる。
弱い相互作用
弱い核相互作用には次のような特徴があります。
- 放射能の種類の 1 つであるベータ放射能を担当し、核融合でも重要な役割を果たします(太陽の中心など)。
- 動作半径が非常に短く、10 -18 m。
- 10 強力な核力の13分の 1 の威力。
- 重ボソン：Z 0 、W + 、および W −によって輸送されます。
電磁相互作用
電磁相互作用には次の特徴があります。
- 光、電気と磁気、化学など、ほとんどの日常現象の原因となります。たとえば、冷蔵庫の垂直壁の装飾が保持されます。
- 原則として行動範囲は無制限。しかし実際には、正電荷と負電荷は互いに中和する傾向があります。
- 電荷の符号に応じて、引力または反発力を持ちます。これは、いわゆる磁石のN 極とS極にも当てはまります。
- 強い相互作用よりも100倍弱い。
- 光子によって運ばれます。
表形式の概要
| 交流 | 通説 | 調停者 | 質量 (GeV/c 2 ) | 相対力 近似 | 行動範囲 (メートル) | 依存 距離 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| フォルテ | 色力学 量子 (QCD) | 8 グルーオン | 0 | 1 | 2.5 10 −15 | $$ {\frac{1}{r^7}} $$ |
| 電磁 | 電気力学 量子 (QED) | 光子 | 0 | 10 -2 | ∞ | $$ {\frac{1}{r^2}} $$ |
| 弱い | 電弱理論 | W + 、W – 、Z 0 | 80、80、91 | 10 -13 | 10 −18 | $$ {\frac{1}{r^5}} $$ もっている$$ {\frac{1}{r^7}} $$ |
| 重力 | 一般相対性理論 | 重力子 （適用済み） | 0 | 10 -38 | ∞ | $$ {\frac{1}{r^2}} $$ |
重力
重力は、質量の影響下で、大質量物体間に相互引力を引き起こす物理的相互作用の現象です。私たちを地面に引き寄せる地球の引力により、それは毎日観察されています。重力はいくつかの自然現象の原因となります。潮汐、太陽の周りの惑星の軌道、ほとんどの天体の球形などがその例です。より一般的には、宇宙の大規模構造は重力によって決定されます。
重力には次のような性質があります。
- それは常に引力があり、電磁力のように中和することができないため、宇宙の大きな構造にとって支配的です。
- 行動範囲は無制限。
- すべての相互作用の中で最も弱く、強い核相互作用よりも 10 38倍弱い。
- まだ仮説上の粒子である重力子によって輸送されます。