通りを歩くことから、ロケットを宇宙に打ち上げること、冷蔵庫に磁石を貼り付けることまで、物理的な力が身の回りで働いています。しかし、私たちが毎日経験するすべての力（そして私たちが毎日経験していることに気づいていない多くの力）は、4つの基本的な力にまで絞ることができます。
- 重力。
- 弱い力。
- 電磁気。
- 強い力。
これらは自然の4つの基本的な力と呼ばれ、宇宙で起こるすべてのことを支配します。
重力
重力は、質量またはエネルギーを持つ2つのオブジェクト間の引力です。これは、橋から星を落とす際に見られるか、星を周回する惑星または海の潮汐を引き起こす月に見られるかにかかわらずです。重力はおそらく、基本的な力の中で最も直感的で親しみやすいものですが、説明するのが最も難しいものの1つでもあります。
アイザックニュートンは、木から落ちるリンゴに触発されたと考えられる重力のアイデアを最初に提案しました。彼は重力を二つの物体の間の文字通りの魅力として説明しました。数世紀後、アルバートアインシュタインは、彼の一般相対性理論によって、重力は引力でも力でもないことを示唆しました。代わりに、それは時空を曲げるオブジェクトの結果です。大きなオブジェクトは、シートの中央に配置された大きなボールがその材料に影響を与えて変形し、シート上の他の小さなオブジェクトが中央に向かって落下するように、少し時空に作用します。
重力は惑星、星、太陽系、さらには銀河さえも保持しますが、それは特に分子および原子スケールで最も基本的な力の中で最も弱いことが判明しました。このように考えてください：ボールを地面から持ち上げるのはどれくらい難しいですか？またはあなたの足を持ち上げますか？またはジャンプする？これらの行動はすべて地球全体の重力を打ち消しています。また、分子レベルおよび原子レベルでは、重力は他の基本的な力に比べてほとんど影響を与えません。
弱い力
弱い核相互作用とも呼ばれる弱い力は、粒子崩壊の原因です。これは、あるタイプの素粒子の別のタイプへの文字通りの変化です。したがって、たとえば、中性子の近くに迷走するニュートリノは、ニュートリノが電子になる間、中性子を陽子に変えることができます。
物理学者は、ボソンと呼ばれる力を運ぶ粒子の交換を通じてこの相互作用を説明します。ボソンの特定の種類は、弱い力、電磁力、強い力の原因です。弱い力では、ボソンはWおよびZボソンと呼ばれる荷電粒子です。陽子、中性子、電子などの素粒子が10 ^ -18メートル以内、つまり陽子の直径の0.1％以内に到達すると、これらのボソンを交換できます。その結果、ジョージア州立大学のHyperPhysics Webサイトによると、亜原子粒子は崩壊して新しい粒子になります。
弱い力は、太陽を動かし、地球上のほとんどの生命体に必要なエネルギーを生み出す核融合反応にとって重要です。また、考古学者が炭素14を使用して、古代の骨、木、およびその他の以前は生きていた人工物を年代測定することができるのもこのためです。 Carbon-14には6つの陽子と8つの中性子があります。それらの中性子の1つは、崩壊して陽子になり、7つの陽子と7つの中性子を持つ窒素-14を作ります。この減衰は予測可能な速度で発生するため、科学者はこのようなアーチファクトの古さを判断できます。
電磁力
ローレンツ力とも呼ばれる電磁力は、負に帯電した電子や正に帯電した陽子などの荷電粒子間に作用します。反対の電荷はお互いを引き付け、一方、電荷は反発します。チャージが大きいほど、力は大きくなります。そして重力のように、この力は無限の距離から感じることができます（ただし、その距離では力は非常に小さくなります）。
その名前が示すように、電磁力は、電気力と磁力の2つの部分で構成されています。当初、物理学者はこれらの力を互いに分離していると説明していましたが、研究者たちは後に2つが同じ力の成分であることを認識しました。
電気コンポーネントは、荷電粒子が動いているか静止しているかにかかわらず、荷電粒子間で作用し、電荷が互いに影響し合う場を作り出します。しかし、動き始めると、それらの荷電粒子は2番目の成分である磁力を表示し始めます。粒子は、移動するときにそれらの周りに磁場を作成します。たとえば、電子がワイヤーを通り抜けてコンピューターや電話を充電したり、テレビの電源を入れたりすると、ワイヤーが磁気を帯びます。
電磁力は、光子と呼ばれる質量のない力を運ぶボソンの交換を通じて荷電粒子間で伝達されます。これは、光の粒子成分でもあります。ただし、荷電粒子間で入れ替わる力を運ぶ光子は、光子の別の表現です。テネシー大学ノックスビル校によれば、これらは実際には検出可能なバージョンと技術的に同じ粒子であるにもかかわらず、仮想で検出不可能です。
電磁力は、最も一般的に経験されるいくつかの現象の原因です：摩擦、弾性、垂直力、および固体を所定の形状にまとめる力。鳥、飛行機、さらにはスーパーマンが飛行中に経験する抗力の原因にもなります。これらのアクションは、帯電した（または中和された）粒子が互いに相互作用するために発生します。たとえば、重力によって本が地面に引き寄せられる代わりに、本をテーブルの上に置く通常の力は、テーブルの原子の電子が本の原子の電子を反発する結果です。
強い核力
強い核力は、強い核相互作用とも呼ばれ、自然界の4つの基本的な力の中で最も強いものです。 HyperPhysicsのWebサイトによると、これは重力の力よりも6兆兆兆兆兆（6の後にゼロが39）倍です。これは、物質の基本的な粒子を結合してより大きな粒子を形成するためです。陽子と中性子を構成するクォークをまとめて保持し、強い力の一部が原子核の陽子と中性子を一緒に保ちます。
弱い力と同様に、強い力は素粒子が互いに非常に接近している場合にのみ機能します。 HyperPhysicsのWebサイトによると、それらは互いに10 ^ -15メートル以内か、おおよそ陽子の直径内にある必要があります。
ただし、強い力は奇妙です。なぜなら、他の基本的な力とは異なり、素粒子が互いに近づくにつれて弱くなるからです。 Fermilabによると、粒子が互いに最も離れているときに、実際には最大強度に達します。いったん範囲内に入ると、グルーオンと呼ばれる質量のない荷電ボソンは、クォーク間の強い力を伝達し、それらを一緒に「接着」させます。残留力と呼ばれる強い力のごく一部が陽子と中性子の間に作用します。核内の陽子は類似の電荷のために互いに反発しますが、残留する強い力がこの反発力に打ち勝つことができるため、粒子は原子核に束縛されたままになります。
自然の統一
4つの基本的な力の傑出した問題は、それらが実際に宇宙のただ1つの大きな力の現れであるかどうかです。もしそうなら、それらのそれぞれは他とマージできるはずであり、それらができるという証拠はすでにあります。
電弱力の概念を形成するために電磁力と弱い力を統合したことで、1979年にロンドンのインペリアルカレッジのアブダスサラムとともに物理学者のシェルドングラショーとスティーブンウェインバーグがノーベル物理学賞を受賞しました。いわゆる大統一理論を見つけるために働いている物理学者は、電弱力と強い力を結び付けて、モデルが予測したが研究者がまだ観察していない、核力を定義することを目指しています。パズルの最後のピースでは、宇宙全体を説明できる理論的なフレームワークであるすべての理論を開発するために、重力を電子核力と統合する必要があります。
しかし、物理学者たちは、微視的な世界と巨視的な世界を融合するのはかなり難しいことに気づきました。大規模な、特に天文学的なスケールでは、重力が支配的であり、アインシュタインの一般相対性理論によって最もよく説明されます。しかし、分子、原子、または原子以下のスケールでは、量子力学は自然界を最もよく表します。そして、これまでのところ、これら2つの世界を統合するための良い方法を考え出した人はいません。
量子重力を研究している物理学者は、力を量子世界の観点から説明することを目指しており、これはマージに役立ちます。そのアプローチの基本は、重力の理論的な力を運ぶボソンである重力子の発見です。重力は、物理学者が力を運ぶ粒子を使用せずに現在記述できる唯一の基本的な力です。しかし、他のすべての基本的な力の説明には力を運ぶ粒子が必要なので、科学者は重力子が亜原子レベルで存在しなければならないことを期待します-研究者はまだこれらの粒子を発見していません。
ストーリーをさらに複雑にしているのは、宇宙のおよそ95％を占める暗黒物質と暗黒エネルギーの見えない領域です。暗黒物質とエネルギーが単一の粒子で構成されるのか、それとも独自の力とメッセンジャーボソンを持つ粒子のセット全体で構成されるのかは不明です。
現在関心のある主要なメッセンジャー粒子は理論的な暗い光子であり、可視と不可視の宇宙間の相互作用を仲介します。暗い光子が存在する場合、それらは暗黒物質の見えない世界を検出するための鍵となり、5番目の基本的な力の発見につながる可能性があります。しかし、これまでのところ、暗い光子が存在するという証拠はなく、一部の研究では、これらの粒子が存在しないという強力な証拠を提供しています。
