Alapvető kölcsönhatások

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

A fizika jelenlegi tudása szerint a testek között négyféle kölcsönhatás van, ezeket nevezzük alapvető kölcsönhatásoknak. Az összes létrejövő jelenség ezeknek a kölcsönhatásoknak a következménye.

Tartalomjegyzék

[szerkesztés] A kölcsönhatások

A kölcsönhatások tulajdonságai és az azokat közvetítő bozonok áttekintő táblázata
kölcsönhatás közvetítő nyugalmi tömege töltés Mire hat? hatótávolság (m)
erős gluonok (8-féle)
0
színtöltés hadronokra
10-15
elektromágneses foton
0
elektromos töltés elektromosan töltött részecskékre
végtelen
gyenge Z0 W+ és W- 91, 80 ill. 80 GeV/c² gyenge töltés minden 1/2 spinű részecskére
10-18
gravitáció graviton*
0
tömeg mindenre
végtelen

* A gravitont még nem fedezték fel...

[szerkesztés] Gravitáció

Fő szócikk: gravitáció

A gravitáció (tömegvonzás) messze a leggyengébb kölcsönhatás, mivel azonban csak a testek tömegétől függ és hatótávolsága végtelen, és nem lehet leárnyékolni ahogy az elektromágneses kölcsönhatás esetén a negatív töltés terét egy pozitívéval, ezért a nagyobb távolságok esetén (például a bolygók között) ennek a hatása a döntő.

A nagy hatótávolsága miatt a gravitáció felelős a nagy skálán kialakuló alakzatokért; a galaxisok, fekete lyukak szerkezetéért, a Világegyetem tágulásáért, a bolygók pályájáért, valamint olyan hétköznapi tapasztalatokért, hogy a testek leesnek, a „nagy” testeket nehéz felemelni, ha felugrunk visszaesünk.

A gravitáció volt az első, amelyet matematikai összefüggésekkel leírtak. Isaac Newton egyetemes tömegvonzási törvénye (1687) nagyon jó közelítése volt a gravitáció viselkedésének. 1915-ben Albert Einstein kidolgozta az általános relativitáselméletet, a gravitáció még pontosabb elméletét, mely azt a téridő geometriájaként írja le.

A jelenlegi aktív kutatások területéhez tartozik az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika összegyúrása egy kvantumgravitációs elméletté. Általánosan elfogadott, hogy a kvantumgravitáció elméletében a gravitációt egy részecske közvetíti, melyet gravitonnak nevezünk. A gravitont még nem fedezték fel.

[szerkesztés] Elektromágnesség

Fő szócikk: elektromágnesség

Az elektromágnesség az az erő, amely az elektromosan töltött részecskék között hat. Magában foglalja az elektrosztatikai erőt, mely két nyugvó töltés között hat, valamint az elektromosság és a mágnesség összetett hatásait, melyek az egymáshoz képest mozgó töltött testek között hatnak.

Az elektromágnesség elég erős, nagy hatótávolságú kölcsönhatás, ezért ez felelős egy csomó hétköznapi jelenségért, mint amilyen az izzó, a lézer és a rádió működése, a fémek és molekulák szerkezete, a súrlódás és a szivárvány.

Az elektromágnességet klasszikus esetben a Maxwell-egyenletek írják le, melyeket a 19. század második fele óta ismerünk. Az elektromágnesség kvantumos elméletét kvantumelektrodinamika (angol rövidítése QED) néven ismerjük. A QED szerint az elektromosan töltött részecskék fotonokat cserélnek egymással, ez közvetíti az erőt.

[szerkesztés] A gyenge kölcsönhatás

Fő szócikk: gyenge kölcsönhatás

A gyenge kölcsönhatás felelős az atomi skálán fellépő néhány jelenségért, mint amilyen a béta-bomlás. A béta-bomlásban is keletkező neutrínók csak ebben a kölcsönhatásban vesznek részt (a még sokkal gyengébb gravitációs kölcsönhatáson kívül), azért váratott magára sokáig a felfedezésük. Az elektromágnességről és a gyenge kölcsönhatásról felismerték, hogy az egyesített elektrogyenge kölcsönhatás kétféle vetülete (ahogy az elektromágnesesé az elektromosság és a mágnesesség) – ez volt az első lépés a standard modellnek nevezett egyesített elmélet felé. Az elektrogyenge elméletben az elektrogyenge kölcsönhatás közvetítői a tömeggel rendelkező mértékbozonok, a W- és Z-bozonok. Az elektrogyenge elmélet egy példa arra az elméletre, melyben a paritás nem marad meg, azaz egy létező jelenség tükörképe nem mindig létező jelenség. (De a CPT szimmetria megmarad.)

[szerkesztés] Az erős kölcsönhatás

Fő szócikk: erős kölcsönhatás

Az erős kölcsönhatás nukleonokat (a protonokat és a neutronokat) tartja össze az atommagban, enélkül például a hélium két protonja szétrepülne az elektromos taszítás miatt.

A kvantumelméletben az erős kölcsönhatást a kvantum-színdinamika (angol rövidítéssel QCD) írja le. Eszerint az erőt a gluon nevű részecskék hordozzák, és olyan részecskékre hat, melyek úgynevezett „színtöltést” hordoznak: kvarkokra és gluonokra. A kvarkok összetett részecskéket alkotnak: barionokat és mezonokat, melyek között így szintén hat az erős kölcsönhatás. (A barionok közé tartoznak a nukleonok is.)

[szerkesztés] Az egyesítő elméletek

A fizika egyik célja, hogy az összes kölcsönhatást egyetlen közös elmélettel írjon le. Ezzel lehetővé válna, hogy az összes kölcsönhatást egyetlen alapkölcsönhatásra vezessünk vissza. Eleinte az elektrosztatika és az elektrodinamika is külön jelenségnek látszott, majd rájöttek, hogy az áram töltött részecskék mozgása. Majd a Maxwell-elmélet egyesítette az elektromosságot és a mágnesességet, később a részecskefizikai standard modell, a részecskék kvantummechanikai elmélete, egyesítette a gyenge és az elektromágneses kölcsönhatást.

A nagy egyesített elmélet vagy Grand Unification Theory (GUT) jelenti a még meg nem levő elméletet, mely a gravitáció kivételével a másik hármat egyesítené, tehát az elektrogyengét az erőssel. További lépés lenne a gravitáció beolvasztása, melyet „minden dolgok elmélete” vagy Theory Of Everithing (TOE). Az elmélet megalkotásának fő nehézsége, hogy a gravitációnak nincs meg a kvantummechanikával összhangban levő általánosan elfogadott elmélete (kvantumgravitáció).

A következő táblázat leírja, hogy milyen kapcsolatban állnak egymással a különböző kölcsönhatások és az azokat leíró elméletek:

elektrosztatika magnetosztatika gyenge
kölcsönhatás
erős
kölcsönhatás
gravitáció
elektromágnesesség
kvantumelektrodinamika kvantumszíndinamika általános
relativitáselmélet
elektrogyenge kölcsönhatás
nagy egyesített elmélet (GUT)
minden dolgok elmélete (TOE)

[szerkesztés] Források

  • A német és angol szócikk
  • Feynman, Richard P. (1967). The Character of Physical Law. MIT Press. ISBN 0262560038 Magyarul megjelent A fizikai törvények jellege címen
  • Weinberg, S. (1993). The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe. Basic Books. ISBN 0465024378, Magyarul megjelent Az utolsó három perc címen
  • Weinberg, S. (1994). Dreams of a Final Theory. Vintage Books USA. ISBN 0679744088
  • Padmanabhan, T. (1998). After The First Three Minutes: The Story of Our Universe. Cambridge University Press. ISBN 0521629721