Grundkräfte im Universum

Kräfte sind Wechselwirkungen zwischen zwei Objekten. Objekte kann man „blau anmalen“, Kräfte nicht. Sie können an ihrer Wirkung beobachtet werden, haben unterschiedliche Stärken und Reichweiten, sie können abstoßend oder anziehend wirken.

 

Die Gravitationskraft wirkt zwischen Objekten mit der Eigenschaft „Masse“. Die elektromagnetische Kraft wirkt zwischen Objekten mit der Eigenschaft „elektrische Ladung“ und ist für die meisten alltäglichen Phänomene verantwortlich (Elektrizität, Licht, Bindungen). Die schwache Wechselwirkung wirkt beim Entstehen und Zerfallen von Elementarteilchen und Atomen, und die starke Wechselwirkung wirkt zwischen Quarks, von denen jeweils drei Protonen und Neutronen aufbauen. Diese vier Grundkräfte sind heute unterschiedlich stark, man geht davon aus, dass sie beim Urknall noch gleich stark bzw. vereinheitlicht waren. Ein wesentlicher Aspekt der Forschung in Teilchenbeschleunigern (CERN) ist die Annäherung an die physikalischen Gegebenheiten kurz nach dem Urknall, um diesem Ursprung der Kräfte näher zu kommen und ihren Zusammenhang zu verstehen. Die vier Grundkräfte sollen in einem vereinheitlichten Gesamtkonzept beschrieben werden: die Suche nach der Weltformel („Theorie of Everything“).

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Wikipedia Stichworte: Grundkräfte der Physik: Gravitationskraft, elektromagnetische Wechselwirkung, schwache Wechselwirkung, starke Wechselwirkung

Starke Wechselwirkung

… bindet alle Hadronen (Baryonen und Mesonen, also die aus Quarks aufgebauten Teilchen) aneinander und ist indirekt verantwortlich für den Zusammenhalt der Atomkerne (die Kernkraft stellt nur eine Restwechselwirkung der eigentlichen starken Kraft dar, äquivalent zur Van-der-Waals-Wechselwirkung in Molekülen)

• sehr kurze Reichweite von 2,5·10⁻¹⁵ m, da die zugehörige Farbladung auf größere Distanzen nicht „nackt“ auftritt (siehe Confinement)
• stärkste aller bekannten Wechselwirkungen
• Austauschteilchen sind die Gluonen

Elektromagnetische Wechselwirkung

• verantwortlich für die meisten alltäglichen Phänomene (Licht, Elektrizität und Magnetismus, Chemie, Festkörpereigenschaften, …)
• unendliche Reichweite (allerdings kompensieren sich üblicherweise positive und negative Ladungen exakt)
• kann anziehend oder abstoßend wirken, je nach Vorzeichen der beteiligten Ladungen
• im Vergleich zur starken Wechselwirkung 10⁻² mal (ein hundertstel) so stark
• Austauschteilchen ist das Photon

Schwache Wechselwirkung

• verantwortlich für bestimmte radioaktive Zerfallsprozesse (z. B. Betazerfall), aber auch wichtig beim Kernfusionsprozess in der Sonne
• sehr kurze Reichweite von 10⁻¹⁸ m aufgrund massiver Austauschteilchen
• im Vergleich zur starken Wechselwirkung 10⁻¹³ mal (ein zehnbillionstel) so stark
• Austauschteilchen sind die Bosonen Z⁰, W⁺ und W⁻

Gravitation

• dominiert die großräumigen Strukturen des Universums, da nicht abschirmbar (wirkt immer anziehend)
• unendliche Reichweite
• schwächste aller Wechselwirkungen, im Vergleich zur starken Wechselwirkung nur 10⁻³⁸ mal so stark
• postuliertes, bislang nicht nachgewiesenes Austauschteilchen ist das Graviton
• postulierte Wirkung durch alle 10 in der Stringtheorie postulierten, bislang nicht nachgewiesenen, Raumdimensionen