Er tyngdekraften den sterkeste kraften?

Faktisk, tyngdekraften er den svakeste av de fire grunnleggende kreftene. Sortert fra sterkeste til svakeste, kreftene er 1) den sterke atomkraften, 2) den elektromagnetiske kraften, 3) den svake atomkraften, og 4) gravitasjon. Hvis du tar to protoner og holder dem tett sammen, de vil utøve flere krefter på hverandre. For de har begge masse, de to protonene utøver gravitasjonsattraksjon på hverandre. Fordi de begge har en positiv elektrisk ladning, de utøver begge elektromagnetisk frastøtning på hverandre. Også, de har begge indre “farge” ladning og dermed utøve tiltrekning via den sterke kjernekraften. Fordi den sterke kjernekraften er den sterkeste på korte avstander, den dominerer over de andre kreftene og de to protonene blir bundet, danner en heliumkjerne (vanligvis er et nøytron også nødvendig for å holde heliumkjernen stabil). Tyngdekraften er så svak på atomskalaen at forskere vanligvis kan ignorere den uten å pådra seg betydelige feil i beregningene sine.

derimot, på astronomiske skalaer, tyngdekraften dominerer over de andre kreftene. når nesten identiske trekk eller utviklinger skjer hos forskjellige arter: 1) tyngdekraften har lang rekkevidde, og 2) det er ikke noe som heter negativ masse. Hver kraft dør etter hvert som de to objektene som opplever kraften blir mer adskilt. Hastigheten som kreftene dør ut med er forskjellig for hver kraft. De sterke og svake kjernefysiske kreftene har svært kort rekkevidde, betyr at utenfor de små kjernene av atomer, disse kreftene faller raskt til null. Den lille størrelsen på atomkjernene er et direkte resultat av den ekstreme korte rekkevidden til kjernekreftene. To partikler som er nanometer fra hverandre er altfor langt fra hverandre til å utøve en merkbar kjernekraft på hverandre. Hvis atomkreftene er så svake for to partikler bare nanometer fra hverandre, det burde være åpenbart at atomkreftene er enda mer ubetydelige på astronomiske skalaer. For eksempel, jorda og sola er altfor fjernt frå kvarandre (milliarder av meter) for at deres atomstyrker skal nå hverandre. I motsetning til atomstyrkene, både den elektromagnetiske kraften og gravitasjonen har i praksis uendelig rekkevidde* og dør ut i styrke som 1/r².

Hvis både elektromagnetisme og gravitasjon har uendelig rekkevidde, hvorfor holdes jorden i bane rundt solen av tyngdekraften og ikke av den elektromagnetiske kraften? Grunnen er at det ikke finnes noe som heter negativ masse, men det er noe som heter negativ elektrisk ladning. Hvis du plasserer en enkelt positiv elektrisk ladning nær en enkelt negativ elektrisk ladning, og mål deretter deres kombinerte kraft på en annen, fjernladning, du finner ut at den negative ladningen har en tendens til å oppheve den positive ladningen noe. Et slikt objekt kalles en elektrisk dipol. Den elektromagnetiske kraften forårsaket av en elektrisk dipol dør ut som 1/r³ og ikke 1/r² på grunn av denne kanselleringseffekten. på samme måte, hvis du tar to positive elektriske ladninger og to negative ladninger og plasserer dem tett sammen riktig, du har laget en elektrisk quadrupol. Den elektromagnetiske kraften på grunn av en elektrisk quadrupol dør ut enda raskere, som 1/r⁴, fordi de negative ladningene gjør en så god jobb med å kansellere de positive ladningene. Etter hvert som du legger til flere og flere positive ladninger til et likt antall negative ladninger, rekkevidden av den elektromagnetiske kraften til systemet blir kortere og kortere. Det interessante er at de fleste gjenstander er laget av atomer, og de fleste atomer har like mange positive og negative elektriske ladninger. Derfor, til tross for at den rå elektromagnetiske kraften til en enkelt ladning har et uendelig område, det effektive området for den elektromagnetiske kraften for typiske objekter som stjerner og planeter er mye kortere. Faktisk, nøytrale atomer har et effektivt elektromagnetisk område i størrelsesorden nanometer. På astronomiske skalaer, dette etterlater bare tyngdekraften. Hvis det var noe slikt som negativ masse (antimaterie har positiv masse), og hvis atomer generelt inneholdt like deler av positiv og negativ masse, da ville tyngdekraften lide samme skjebne som elektromagnetisme, og det ville ikke være noen betydelig kraft på astronomisk skala. Heldigvis, det er ingen negativ masse, og derfor er gravitasjonskraften til flere legemer tett sammen alltid additiv. og andre immunmolekyler, tyngdekraften er den svakeste av kreftene generelt, men det er den dominerende på astronomiske skalaer fordi den har lengst rekkevidde og fordi det ikke er noen negativ masse.

*MERK: I beskrivelsen ovenfor, Jeg har brukt den eldre newtonske formuleringen av gravitasjon. Tyngdekraften er mer nøyaktig beskrevet ved formuleringen av generell relativitet, som forteller oss at tyngdekraften ikke er en reell kraft, men er en forvrengning av romtiden. På skalaer mindre enn galaksegrupper og vekk fra supertette masser som sorte hull, Newtonsk gravitasjon er en utmerket tilnærming til generell relativitet. derimot, å forklare alle effekter på riktig måte, du må bruke generell relativitet. I følge General Relativity og de mange eksperimentelle målingene som bekrefter det, tyngdekraften har ikke uendelig rekkevidde, men forsvinner på en skala som er større enn galaksegrupper. Derfor, tyngdekraften har bare 1/r² oppførsel og “ubegrenset” rekkevidde på skalaen mindre enn galaksegrupper. Det er derfor jeg sa at tyngdekraften har “effektivt” uendelig rekkevidde. På den største vekten, universet vårt utvider seg i stedet for å bli trukket sammen av gravitasjonsattraksjon. Denne oppførselen er forutsagt av generell relativitet. På skalaer mindre enn galaksegrupper, romtid fungerer dominerende som attraktiv Newtonsk gravitasjon, mens på større skalaer, romtid fungerer som noe helt annet som utvider seg.

Kreditt:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/05/22/why-is-gravity-the-strongest-force/