4 Grundkräfte der Physik verstehen?

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4 Antworten

Merkwürdig ist eigentlich nur die Schwache Wechselwirkung, alle anderen sind relativ klar.

Die

Gravitation hat nur eine "Ladung", die Masse, und wirkt über die

Gravitation auf alles. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie ist es

aber die Krümmung von Raum und Zeit, die eine Anziehung vorgaukelt.

Musst du jetzt nicht unbedingt verstehen.

Die

Elektromagnetische Wechselwirkung hat zwei Ladungen, positiv und

negativ, und wirkt auf geladene Körper/Teilchen, anziehend oder

abstoßend. OK, manche bestehen auch darauf, dass es nur eine elektrische

Ladung gibt, mit zwei Ausprägungen, positiv und negativ..Die

Starke Wechselwirkung hat drei Ladungen oder Ausprägungen, die man

mangels Beispielen im Alltag als "Farben" bezeichnet. Weil die 3

Grundfarben eben zusammen weiß ergeben. Sie wirkt zwischen Quarks und

als Nebeneffekt auch zwischen Teilchen, die aus Quarks bestehen, also

Protonen und Neutronen. Der Vollständigkeit halber auch zwischen

Mesonen, und auf sich selbst, die Austauschteilchen. Was die Starke

Wechselwirkung so kompliziert macht.

Die Schwache Wechselwirkung passt da irgendwie nicht so recht rein.
Schon weil sie als Schwache Kernkraft bezeichnet wird.
Ich sehe den Aspekt der "Kraft" nicht, also was nun was anzieht oder abstößt, also eine Kraft ausübt.

Und weil sie nicht nur im Kern wirkt.
Bei den klassischen Beispielen ist immer auch ein Lepton beteiligt.
Leptonen (also leichte Teilchen) sind die, die nicht der Starken Wechselwirkung unterliegen.
Also Elektronen (mitsamt den schwereren Varianten Myon und Tauon) und die (ebenfalls) drei Neutrino-Varianten.

Die Schwache Wechselwirkung überträgt eine Ladung zwischen den Welten der Quarks und der Leptonen.
So wird aus einem Proton und einem Elektron ein Neutron und ein Neutrino.

Was daran eine Kraft sein soll, erschließt sich mir nicht.
OK, ich bin auch kein studierter Physiker, spätestens hier muss das auch mal raus.
Eine Wechselwirkung ist es aber in jedem Fall.

Aber
wenn schon eine Ladung übertragen wird, eine elektrische übrigens,
deutet sich eine gewisse Parallele zum Elektromagnetismus an.
Das
haben sich auch andere gedacht, und mal eben rausgefunden, dass
Elektromagetismus und Schwache Wechselwirkungen nur 2 Extreme einer
einheitlichen Wechselwirkung sind, der Elektro-Schwachen-WW.

Der
Unterschied liegt darin, dass der Elektromagnetismus (Licht z.B.) über
unendliche Entfernungen wirkt, weil das Wechselwirkungsteilchen, das
Photon, keine Ruhemasse hat.
Das Wechselwirkungsteilchen der Schwachen Wechselwirkung, das W-Boson, hat aber eine Ruhemasse, nicht zu knapp.

Deswegen
hat die Schwache Wechselwirkung eine so geringe Reichweite, wirkt also
nur, wenn die Teilchen sehr genau zusammenprallen, und Genauigkeit hat
in der Welt der kleinsten Teilchen schon eine andere Bedeutung.
So
kann ein Neutrino, das nur der Schwachen Wechselwirkung unterliegt (OK,
für die ..., es hat auch ein magnetisches Moment) mal locker durch die
Erde dringen, ohne sich daran zu stören.

Muss oder sollte ich jetzt auf die Heisenbergsche Unschärfe kommen?
Also dass Ort und Geschwindigkeit/Richtung nicht beide genau definiert sein können?
Jedenfalls sind Energie und Lebensdauer eines Teilchens genau so ungenau definiert.
Für
einen sehr kurzen Zeitraum bekomm ein Teilchen auch mal einen Kredit
vom Universum. Das Universum guckt halt immer nur ungefähr auf die
Bilanz.

Für einen sehr kurzen Zeitraum (was wegen der
Lichtgeschwindigkeit einer sehr kurzen Strecke entspricht) schaut das
Universum mal nicht so genau hin, und erlaubt diesen Austausch, durch
ein Teilchen, dass es eigentlich nicht geben sollte, weil die Energie
nicht reicht.

Viele eigentlich instabile Teilchen warten übrigens
sei milliarden von Jahren auf den Zeitpunkt, wo das Universum nicht so
genau hinschaut.
Deswegen gibt es noch Uran, Bismut, Kalium-40 etc.

So
ganz nebenbei wurde bei der Vereinheitlichung der Schwachen mit der
Elektromagnetischen Wechselwirkung noch das Higgs-Boson erfunden, das
jüngst durch die Presse geisterte.
Erst dieses verleiht dem W-Boson seine Masse.
Womit ich nichts dagegen sage, das steht mich nicht zu, und ist auch nicht meine Absicht.

Du siehst hoffentlich, dass das alles nicht so leicht ist.
Und wo du hinkommen kannst, wenn du Physik als Hobby oder Autodidakt lernst.
Ersthafte Fehler wurden mir noch nicht nachgesagt, aber auch nur, weil ich meine Grenzen kenne.

Du musst dich schon ein paar Jahre damit beschäftigen, um eine Ahnung davon zu entwickelen.
Und dann hast du immer noch kein Wissen, sondern nur eine Ahnung.

Die Schwache Wechselwirkung wandelt Protonen in Neutronen um, weil Kerne ohne Neutronen nicht stabil sind, warum auch immer.
Die Starke Wechselwirkung hält die Kerne zusammen, wenn sie denn haltbar sind.
Der Alpha-Zerfall wie die Kernspaltung kommen ohne Schwache WW aus, vorerst zumindest.

P.S: Das Z-Boson ist mir bekannt.

P.P.S. Die Formatierung habe nicht ich verbrochen, und mir fehlt ´die Lust, Fehler anderer zu korrigieren.

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Was genau möchtest du denn an den Kernkräften verstehen?

Der schwachen Wechselwirkung unterliegen Elektronen, Neutrinos und Quarks. Der starken Wechselwirkung unterliegen nur Quarks.

Die Ladung der schwachen Wechselwirkung ist der schwache Isospin, Elementarteilchen können einen schwachen Isospin von 1/2 und -1/2 haben (oder 0, wenn sie nicht schwach wechselwirken). Die Ladung der starken Wechselwirkung wird "Farbe" genannt, weil sie drei Werte annehmen kann, die man rot, grün und blau nennt.

Die schwache Wechselwirkung wird von W+ und W-, sowie Z0 übertragen. W+ ist das Antiteilchen von W-. Alle drei Austauschteilchen sind massiv, deshalb ist die Wechselwirkung kurzreichweitig (Yukawa-Potential, exponentiell gedämpft). Die starke Wechselwirkung wird von acht Gluonen übertragen, die jeweils eine Farbe und eine Antifarbe tragen und masselos sind. Man würde erwarten, dass die starke Wechselwirkung eine unendliche Reichweite hat, wie auch die elektromagnetische mit masselosen Photonen als Austauschteilchen, das tritt aber wegen Confinement nicht ein. Confinement steht für die Beobachtung, dass Quarks sich stets zu farbneutralen Kombinationen (Mesonen oder Baryonen) zusammentun, die nicht mehr stark wechselwirken, weil sie ja nach außen farbneutral sind.

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Da ich kein Teilchenphysiker bin, halte ich mich mit der Antwort lieber zurück, aber einen kleinen Hinweis: das sind nicht die 4 Grundgesetze, das sind die 4 Grundkräfte.

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Kommentar von Nreins
01.09.2016, 17:37

oh stimmt XD wird korrigiert

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Alle "Grundgesetze" der Physik sind Energieformeln. Ich würde es als Kraftquellen bezeichnen, woher alle Kräfte stammen. Im Makrokosmos hast du die 2 Energiefelder richtig erkannt, woher die Kräfte stammen. Haben eigentlich die Lehrer oder Wissenschaftler schon mal erklärt, was diese "starke" und "schwache" Wechselwirkung sein soll? Aus welchem anderen Energiefeld sollen diese Nuklearkräfte stammen?

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