Kādi ir četri dabas pamatspēki?

Pie ļoti lielām enerģijām vājais kodols un elektromagnētiskais spēks apvienojas (sāk uzvesties savstarpēji aizvietojami), savukārt pie vēl lielākiem spēkiem tiek uzskatīts, ka spēcīgais spēks savienojas ar elektrisko vājo un visbeidzot stiprais-elektromagnētiskais spēks savienojas ar gravitāciju. Tiek uzskatīts, ka visi četri bija apvienoti acumirklī pēc Lielā sprādziena, Visuma veidošanās agrākajos posmos.

Spēcīgais kodolspēks satur kopā protonus un neitronus atoma kodolā. Konkrētāk, to veicina gluonu apmaiņa starp kvarkiem, kas veido protonus un neitronus. Tas ir 100 reizes spēcīgāks par elektromagnētisko spēku. Kad kodoli tiek sadalīti kodolreakcijās, šī spēka enerģija tiek atbrīvota. Aprakstīts ar fizikas teoriju, ko sauc par kvantu hromodinamiku, tas zaudē visu savu spēku attālumos, kas ir daudz plašāki nekā atoma kodols.

Elektromagnētiskais spēks ir tas, ko cilvēki pazīst vislabāk, un tas ir atbildīgs par visām ķīmiskajām reakcijām un atpazīstamākajām fizikālajām īpašībām, piemēram, gaismu. To nodrošina fotoni, kas veido visu elektromagnētisko starojumu, sākot no kosmiskajiem stariem līdz redzamajai gaismai un beidzot ar ārkārtīgi zemas frekvences radioviļņiem. Gan siltumu, gan gaismu veido fotoni.

Elektromagnētisko spēku mijiedarbību nosaka elektriskais lādiņš. Iemesls, kāpēc cilvēki neizkrīt cauri krēslam, sēžot uz tā, ir tāds, ka ķermeni veidojošo atomu elektronu apvalku negatīvo lādiņu atgrūž krēslu veidojošo elektronu čaulu negatīvais lādiņš. Fotonu viļņu stiprums samazinās atkarībā no attāluma līdz to avotam.

Vājš kodolspēks ir atbildīgs par salīdzinoši nelielu pamata mijiedarbības diapazonu. Tas veicina beta sabrukšanu, kas notiek, kad neitrons sadalās protonā un elektronā vai pozitronā. Ar W un Z bozonu starpniecību tas ir aptuveni simts miljardus reižu vājāks par elektromagnētisko. Tas darbojas tikai nelielos attālumos.

Gravitācija ir vājākais no visiem spēkiem, bet visizplatītākais Visumā, jo to ģenerē visi ķermeņi ar masu. Gravitācija ir 1036 reizes vājāka par elektromagnētisko spēku, kas apgrūtina matemātisko analīzi. Daļiņas, kuras, domājams, ir gravitācijas starpnieks – gravitoni – vēl nav atklātas. Gravitācija arī atšķiras no citiem spēkiem ar to, ka tā vēl nav integrēta ar citiem stingrā matemātiskā veidā. Fiziķi gandrīz gadsimtu ir meklējuši teoriju, kas apvienotu gravitāciju ar citiem spēkiem, taču līdz šim bez panākumiem.