Οι δυνάμεις που "κρατούν" το σύμπαν.

Ο όρος θεμελιώδης αλληλεπίδραση ή Θεμελιώδεις Δυνάμεις (Fundamental Forces) αφορά τον μηχανισμό σύμφωνα με τον οποίο τα διάφορα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Σήμερα γνωρίζουμε πως υπάρχουν τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις/δυνάμεις: η βαρυτική, η ηλεκτρομαγνητική, η ισχυρή και η ασθενής αλληλεπίδραση.
Οι σύγχρονες θεωρίες υποστηρίζουν ότι τα σωματίδια δεν αλληλεπιδρούν απ' ευθείας μεταξύ τους, αλλά η αλληλεπίδραση λαμβάνει μέρος μέσω των φορέων της εκάστοτε αλληλεπίδρασης, όπως είναι το φωτόνιο για την ηλεκτρομαγνητική.

Μεγάλο κομμάτι της έρευνας σήμερα στο πεδίο της θεωρητικής φυσικής στρέφεται στην ενοποίηση των τεσσάρων αυτών αλληλεπιδράσεων. Το πρώτο βήμα έγινε με την ενοποίηση του ηλεκτρισμού με τον μαγνητισμό από τον Τζέιμς Μάξγουελ. Η ηλεκτρομαγνητική και η ασθενής αλληλεπίδραση έχουν επίσης ενωθεί ως η ηλεκτροασθενής αλληλεπίδραση, στο όριο των χαμηλών ενεργειών. Οι μεγαλοενοποιημένες θεωρίες βαθμίδας φιλοδοξούν να ενοποιήσουν την ηλεκτροασθενή με την ισχυρή αλληλεπίδραση, ενώ παραμένει και η βαρύτητα, για την οποία έχουν διατυπωθεί αρκετές ανεπιβεβαίωτες θεωρίες, όπως η θεωρία Χορδών.

Οι θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις (δυνάμεις).

Η βαρυτική, η ελκτική δύναμη μεταξύ μαζών, η οποία είναι η ασθενέστερη όλων, αλλά έχει απεριόριστη ακτίνα δράσης και δεν είναι δυνατόν να αποτραπεί. Αυτή η αλληλεπίδραση είναι υπεύθυνη για τη συγκρότηση των γαλαξιών, για την περιφορά της Γης και των άλλων πλανητών γύρω από τον Ήλιο. Η επαναφορά μας στο έδαφος, όταν πηδάμε, οφείλεται στη βαρύτητα. Είναι η δύναμη που ασκείται μεταξύ όλων των σωμάτων και είναι πάντοτε ελκτική.

Η ασθενής πυρηνική που έχει πολύ μικρή ακτίνα δράσης, η οποία σχετίζεται με την έκλυση ραδιενέργειας.

Η ισχυρή πυρηνική είναι η πρώτη από τις αλληλεπιδράσεις που δεν εμφανίζονται άμεσα στη καθημερινή μας ζωή, είναι όμως υπεύθυνη για την συγκρότηση των πυρήνων των ατόμων. Αυτή συγκρατεί τα πρωτόνια και τα νετρόνια ώστε να σχηματίσουν τον πυρήνα.

Η ηλεκτρομαγνητική, η οποία σχετίζεται με το ακίνητο και το κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο και είναι πολύ ισχυρή. Είναι υπεύθυνη για τη συγκρότηση των ατόμων: τα ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα του ατόμου συγκρατούμενα από την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση. Ασκείται μεταξύ όλων των σωμάτων που έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Διακρίνουμε δυο ειδών φορτία: το θετικό και το αρνητικό. Τα ομόσημα φορτία (θετικό - θετικό ή αρνητικό - αρνητικό) απωθούνται ενώ τα ετερόσημα (θετικό - αρνητικό) έλκονται.

Όλες λοιπόν οι δυνάμεις που μπορεί να σκεφτεί κανείς (η τριβή, ο μαγνητισμός, η βαρύτητα, οι πυρηνικές διασπάσεις) προκαλούνται από μια από αυτές τις τέσσερες θεμελιώδης δυνάμεις.

Αποδεικνύεται ότι όλες οι αλληλεπιδράσεις που επηρεάζουν την ύλη συμβαίνουν εξ αιτίας των σωματιδίων φορέων της δύναμης, που είναι ένας διαφορετικός τύπος σωματιδίων. Αυτά τα σωματίδια, ενώ ανταλλάσσονται μεταξύ των σωματιδίων, δεν μπορούν να τα αντιληφθούμε. Αυτό που συνήθως σκεφτόμαστε σαν "δυνάμεις" είναι συνήθως η επίδραση των σωματιδίων φορέων της δύναμης πάνω στα σωματίδια.

Επίσης αυτά τα σωματίδια φορείς της δύναμης μπορούν να απορροφηθούν ή να παραχθούν μόνο από σωματίδια που μπορούν να επηρεασθούν από την συγκεκριμένη δύναμη. Για παράδειγμα, τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια έχουν ηλεκτρικό φορτίο, άρα μπορούν να παράγουν ή να απορροφήσουν το σωματίδιο φορέα της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης, που είναι το φωτόνιο. Αντίθετα τα νετρίνο, δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο, άρα δεν μπορούν να παράγουν ή να απορροφήσουν φωτόνια.  

Και οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις εμπλέκονται στην ανταλλαγή ενός ή περισσοτέρων σωματιδίων, που ονομάζονται φορείς. Η ισχυρή δύναμη όμως μέσω της ανταλλαγής των πιονίων συγκρατεί τα νουκλεόνια στον πυρήνα, ενώ πιό 'εσωτερικά' (στα μεσόνια ή βαρυόνια) η δράση της ισχυρής δύναμης ανάμεσα στα κουάρκ γίνεται με ανταλλαγή των γκλουονίων. Η ισχυρή ονομάζεται τότε και δύναμη χρώματος αφού βλέπει όχι την γεύση των κουάρκ αλλά μόνο το χρώμα τους.

Οι Φορείς των Αλληλεπιδράσεων:

1. Ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση: ο φορέας είναι το φωτόνιο.
2. Η ασθενής αλληλεπίδραση απαιτεί την ύπαρξη τριών φορέων: Ζ0,W- και W+
3. Ισχυρή αλληλεπίδραση: στο επίπεδο των κουάρκ, απαιτεί οκτώ φορείς που ονομάζονται γκλουόνια
4. Βαρυτική αλληλεπίδραση: πιστεύουμε ότι έχει τον δικό της φορέα,το βαρυτόνιο

Πεδία


Βαρυτικό πεδίο: Βαρυτικό πεδίο ονομάζεται ο χώρος εκείνος στον οποίο κάθε μάζα δέχεται βαρυτική δύναμη.

Μαγνητικό πεδίο: Μαγνητικό πεδίο ονομάζεται ο χώρος μέσα στον οποίο εμφανίζονται μαγνητικές δυνάμεις.
 
Ηλεκτροστατικό πεδίο: Ηλεκτροστατικό πεδίο ονομάζουμε το χώρο μέσα στον οποίο όταν βρεθεί ηλεκτρικό φορτίο δέχεται ηλεκτροστατική δύναμη.
 
Πηγές:
pemptousia.gr
el.wikipedia.org
astronomia.gr
sfak.org
aristoteleioastronomia.weebly.com
astro.noa.gr