Oddziaływania podstawowe

Z Wikipedii

Oddziaływania podstawowe (fundamentalne) – oddziaływania fizyczne obserwowane w przyrodzie, nie dające się sprowadzić do innych oddziaływań.

Spis treści 1 Rodzaje oddziaływań podstawowych 2 Główne cechy oddziaływań podstawowych 3 Opisy oddziaływań 4 Próby unifikacji

[edytuj] Rodzaje oddziaływań podstawowych

Obecnie znamy następujące rodzaje oddziaływań podstawowych:

• oddziaływanie elektromagnetyczne
• oddziaływanie słabe
• oddziaływanie silne
• oddziaływanie grawitacyjne

[edytuj] Główne cechy oddziaływań podstawowych

Zasięg oddziaływań

silne	˜10 − 15 m
elektromagnetyczne
słabe	˜10 − 18 m
grawitacyjne

Każdemu typowi sił odpowiada stała sprzężenia mnożąca funkcję opisującą zależność siły od odległości.

Rząd wielkości stałych sprzężenia oddziaływań

silne	˜1
elektromagnetyczne	˜10 − 2
słabe	˜10 − 5
grawitacyjne	˜10 − 38

[edytuj] Opisy oddziaływań

W fizyce klasycznej oddziaływania między obiektami obdarzonymi masą bądź ładunkiem opisywane są najczęściej za pomocą potencjałów lub pól wytwarzanych przez jeden z obiektów i oddziałujących na drugi. Przy czym zakłada się, że pole przenika całą przestrzeń wokół obiektu, który je wytwarza.

Innym sposobem opisu oddziaływania jest tzw. oddziaływanie przez wymianę. W tym wypadku między oddziałującymi obiektami zostaje wymieniona pewna cząstka, (kwant pola), charakterystyczna dla danego typu oddziaływania. Jak wiadomo kwanty niosą ze sobą energię oraz pęd. Z zasady nieoznaczoności Heisenberga:

wynika, że proces ten może zajść w czasie nie dłuższym, niż Δt

Wymieniane bozony nazywane są cząstkami wirtualnymi. Można je pośrednio zaobserwować w różnych eksperymentach.

Oba opisy oddziaływania są równoważne a z matematycznego punktu widzenia identyczne. Jedno zakłada, że cząstki poruszają się w zakrzywionej przestrzeni (przy czym jest to pewna abstrakcyjna przestrzeń matematyczna a nie fizyczna czasoprzestrzeń), natomiast drugie mówi, że przestrzeń jest płaska, ale występują w niej poprawki zmieniające wartości pochodnej pól cząstek, co ma identyczny efekt jak przestrzeń zakrzywiona.

[edytuj] Próby unifikacji

Historycznie rozróżniano wiele oddziaływań podstawowych. Za oddziaływania fundamentalne uważano oddziaływanie elektryczne, magnetyczne, grawitacyjne, słabe i silne. W procesie rozwoju nauki doszło do tak zwanej unifikacji opisu oddziaływań i zaczęto postrzegać niektóre oddziaływania jako formy występowania pewnych ogólniejszych oddziaływań.

I tak oddziaływanie magnetyczne i elektryczne James Clerk Maxwell opisał jako komplementarne aspekty oddziaływania elektromagnetycznego. Był to pierwszy historyczny przypadek unifikacji opisu sił uważanych wcześniej za fundamentalne i rozłączne. Kolejny przykład unifikacji opisu oddziaływań dotyczy oddziaływań elektromagnetycznych i słabych, które zintegrowano w ramach tzw. teorii oddziaływań elektrosłabych. Dokonali tego Weinberg i Salam.

Unifikacja opisu oddziaływań jest przyjęta obecnie za paradygmat fizyki: dąży się do jak najściślejszej integracji opisów różnych oddziaływań. Fizycy starają się zunifikować wszystkie siły w jedną, co pozwoliło by na opisanie całego Wszechświata praktycznie jednym wzorem.

Dotychczas udało się stworzyć następujące teorie:

• teoria oddziaływań elektrosłabych – łącząca oddziaływania elektromagnetyczne i słabe
• Model Standardowy – opisujący oddziaływania silne i elektrosłabe w mało elegancki sposób
• teorie wielkiej unifikacji – unifikujące oddziaływania silne i elektrosłabe, niepotwierdzone doświadczalnie
• Teoria superstrun – unifikująca wszystkie siły, wykraczająca daleko poza ramy współczesnej fizyki, niepotwierdzona doświadczalnie
• supersymetria – łącząca oddziaływania elektrosłabe, silne i grawitację, niepotwierdzona doświadczalnie