Kraft | kraft i kvantemekanikk

Kraft i kvantemekanikk

Utdypende artikkel: Kvantemekanikk

Fra kontinuerlige til diskrete krefter

Med moderne innsikt i kvantemekanikk og teknologi som kan akselerere partikler nær lysets hastighet, har en via partikkelfysikken utviklet Standardmodellen for å beskrive krefter mellom partikler som er mindre enn atomer. Standardmodellen forutsier at utveksling av partikler som kalles gaugebosoner er den grunnleggende årsak til at krefter frigjøres og absorberes. Bare fire viktigste interaksjoner er kjent, etter avtagende styrke er dette: Sterk-, elektromagnetisk-, svak- og gravitasjonskraft.[11]:2–10[14]:79 Observasjoner innenfor Høyenergi partikkelfysikk som gjort i løpet av 1970 og 1980 bekreftet at de svake og elektromagnetiske krefter er uttrykk for en mer grunnleggende elektrosvak vekselvirkning.[35]

Begrepet «kraft» beholder sin mening innenfor kvantemekanikk, selv om en nå arbeider med operatører i stedet for klassiske variabler, og fysikken beskrives av Schrödinger-ligningen i stedet for klassisk mekanikk. Dette har den konsekvens at resultatene av en måling nå ofte er «kvantifisert», det vil si at de forekommer i diskrete størrelser. Det er selvsagt vanskelig å tenke seg i forbindelse med krefter. Imidlertid vil potensialet , eller felter, hvorfra de krefter som vanligvis kan utledes vil bli behandlet på lignende måte som klassiske posisjonsvariable, det vil si som . Dette blir annerledes bare innenfor rammen av kvantefeltteori, hvor disse feltene også blir kvantifisert.

Allerede i kvantemekanikk er det en «påminnelse», nemlig at de partikler som virker inn på hverandre ikke bare har en romlig variabel, men også en diskret indre dreiemoment-lignende variabel kalt spinn, gitt av Paulis eksklusjonsprinsipp om rom og spinnvariabler. Avhengig av verdien av spinnet, er identiske partikler delt inn i to ulike klasser, nemlig fermioner og bosoner. Hvis to identiske fermioner (for eksempel elektroner) har et symmetrisk spinnfunksjon (for eksempel parallelle spinn) må de romlige variabler være asymmetriske. Det vil si at de utelukker hverandre fra sine plasser, mye som om det var en frastøtende kraft. Vice versa det vil si at for antiparallelle spinnposisjons variablene være symmetrisk (det vil si den tilsynelatende kraften må være tiltrekkende). Således vil det i tilfelle av to fermioner være en strengt negativ korrelasjon mellom romlige- og spinnvariabler, mens for to bosoner (for eksempel kvanter av elektromagnetiske bølger, fotoner) er korrelasjonen strengt positiv. Dermed mister begrepet «kraft» en del av sin mening.

Feynman-diagram

Feynman-diagram for nedbryting av et nøytron til et proton. W-boson er mellom to hjørnene indikerer en frastøting.

I moderne partikkelfysikk er krefter og akselerasjonen av partikler forklart som en matematisk biprodukt ved utveksling av bevegelsesmengde-førende Gauge-bosoner. Med utviklingen av kvantefeltteori og generelle relativitet ble det innsett at kraft er et overflødig begrep som stammer fra bevaring av bevegelsesmengde (4-bevegelsesmengde) i relativitetsteorien og bevegelsesmengde av virtuelle partikkeler i Kvanteelektrodynamikk). Bevaring av bevegelses kan direkte avledes av homogenitet eller symmetri av rom som vanligvis blir ansett som mer fundamental enn konseptet med en kraft. Dermed er de nå kjente fundamentalkreftene ansett som mer presist å være «fundamentalinteraksjoner».[35]:199–128

Når partikkel A avgir (skaper) eller absorberer (tilintetgjør) en virtuelle partikkel B, vil bevaring av bevegelsesmengden resulterer i rekylen av partikkel A fører til frastøting eller tiltrekning mellom partiklene A og A' til utveksling av B. Denne beskrivelsen gjelder for alle krefter som oppstår fra fundamentale interaksjoner. Avanserte matematiske beskrivelser er nødvendig for å forutsi fullt ut det nøyaktig resultat av slike interaksjoner. Derimot er det begrepsmessig enkelt å beskrive slike interaksjoner gjennom bruk av Feynman-diagram. I et Feynman-diagram er hver enkelt partikkel representert som en rett linje (verdenslinje) som går gjennom tiden, noe som normalt øker opp eller til høyre i diagrammet. Materie og anti-materiepartikler er identiske med unntak av deres forplantningsretning gjennom Feynman-diagrammet. Verdenslinjer av partikler som skjærer hverandre i interaksjonvertikaler, og Feynman-diagrammet representerer en hvilken som helst kraft som oppstår fra en vekselvirkning som forekommer ved toppunktet med en tilhørende umiddelbar endring i retningen av partikkels verdenslinje. Gauge-bosoner emiteres borte fra toppunktet som bølgete linjer, og i tilfelle av virtuelle partikkel utveksling absorberes disse på et tilstøtende toppunkt.[36]

Nytten av Feynman-diagram er at andre typer fysiske fenomener som er en del av det generelle bildet av fundamentalkreftene, men er konseptuelt atskilt fra krefter, også kan beskrives ved hjelp av de samme reglene. For eksempel kan et Feynman-diagram beskrive i konsis detalj hvordan et nøytron nedbrytes til et elektron, proton og nøytrino, en interaksjon mediert av den samme gauge-bosonet som er ansvarlig for den svake kjernekraften.[36]

Andre språk
norsk nynorsk: Kraft
dansk: Kraft
svenska: Kraft
íslenska: Kraftur
Afrikaans: Krag
Alemannisch: Kraft
አማርኛ: ጉልበት
العربية: قوة
aragonés: Fuerza
অসমীয়া: বল
asturianu: Fuercia
تۆرکجه: گوج
বাংলা: বল
Bân-lâm-gú: La̍t
башҡортса: Көс
беларуская: Сіла
беларуская (тарашкевіца)‎: Сіла (фізычная велічыня)
български: Сила
Boarisch: Kroft
bosanski: Sila
буряад: Хүсэн
català: Força
čeština: Síla
chiShona: Manikidzo
Cymraeg: Grym
Deutsch: Kraft
eesti: Jõud
Ελληνικά: Δύναμη
English: Force
español: Fuerza
Esperanto: Forto
estremeñu: Huerça
euskara: Indar
فارسی: نیرو
Fiji Hindi: Taagat
français: Force (physique)
Gaeilge: Fórsa
Gaelg: Forse
galego: Forza
贛語:
ગુજરાતી: બળ
客家語/Hak-kâ-ngî: Li̍t
한국어: 힘 (물리)
հայերեն: Ուժ
हिन्दी: बल (भौतिकी)
hrvatski: Sila
Ido: Forco
Bahasa Indonesia: Gaya (fisika)
interlingua: Fortia
isiXhosa: Ifolokhwe
italiano: Forza
Kabɩyɛ: Ɖoŋ
ಕನ್ನಡ: ಬಲ
ქართული: ძალა
қазақша: Күш
Kiswahili: Kani
Kreyòl ayisyen: Fòs
kurdî: Hêz
Latina: Vis
latviešu: Spēks
lietuvių: Jėga
Limburgs: Krach
Luganda: Force
lumbaart: Forza
magyar: Erő
македонски: Сила
മലയാളം: ബലം
मराठी: बल
مازِرونی: نیرو
Bahasa Melayu: Daya (fizik)
монгол: Хүч
မြန်မာဘာသာ: အား
Nederlands: Kracht
नेपाली: बल
नेपाल भाषा: तिबः
日本語: 力 (物理学)
Nordfriisk: Krääft (füsiik)
occitan: Fòrça
ଓଡ଼ିଆ: ବଳ
oʻzbekcha/ўзбекча: Kuch
ਪੰਜਾਬੀ: ਜ਼ੋਰ
پنجابی: زور
Patois: Fuos
ភាសាខ្មែរ: កម្លាំង
polski: Siła
português: Força
Qaraqalpaqsha: Ku'sh
română: Forță
Runa Simi: Kallpa
русиньскый: Сила
русский: Сила
संस्कृतम्: परस्परक्रिया
sardu: Fortzas
shqip: Forca
sicilianu: Forza
සිංහල: බලය
Simple English: Force
slovenčina: Sila
slovenščina: Sila
Soomaaliga: Awood
српски / srpski: Сила
srpskohrvatski / српскохрватски: Sila
Basa Sunda: Gaya
Tagalog: Puwersa
தமிழ்: விசை
татарча/tatarça: Köç
తెలుగు: బలం
ไทย: แรง
Türkçe: Kuvvet
українська: Сила
اردو: قوت
vèneto: Forsa
Tiếng Việt: Lực
Winaray: Kusog
吴语:
ייִדיש: קראפט
粵語:
中文: