Lực Lực loại lực tự nhiên mà tất lực, xét chi tiết, quy loại lực Trong học cổ điển, lực lực không biến phép biến đổi hệ quy chiếu Trong học cổ điển tồn lực quán tính quy lực Tuy nhiên loại lực coi "lực ảo", tìm hệ quy chiếu mà lực biến (gọi hệ quy chiếu quán tính) Mô hình vật lý đại cho thấy có bốn loại lực tự nhiên: lực hấp dẫn, lực điện từ, lực tương tác mạnh lực tương tác yếu Trong sống ngày, lực mà hay bắt gặp chủ yếu có nguồn gốc từ lực điện từ; ngoại trừ lực hấp dẫn từ Trái Đất Ví dụ lực có va chạm học vật thể thông dụng quy lực tương tác phân tử hay nguyên tử, cụ thể lực điện từ hạt nhân electron chúng Lực học bao gồm phản lực vật rắn, lực đẩy Acsimét chất lỏng chất khí, lực ma sát bề mặt, lực nâng cánh máy bay khí động lực học, sức căng bề mặt hay lực điện từ thể mức độ phân tử Các phản ứng hóa học điều khiển lực điện từ, chúng tạo lực đẩy động đốt Các đồ điện, động điện, hiển nhiên sử dụng theo phương thức trực tiếp lực điện từ Lực hấp dẫn Lực hấp dẫn lực yếu bốn lực tự nhiên, hình thành thang đo lớn, hay thang thiên văn học Lực hấp dẫn hai vật có khối lượng m1 m2, có kích thước nhỏ so với khoảng cách, r, chúng, tính theo định luật vạn vật hấp dẫn Newton: với G ≈ 6,67 x 10-11 N m2/kg2 gọi số hấp dẫn Lực hấp dẫn luôn lực hút xảy đường nối tâm vật với Lực hấp dẫn hai vật có độ lớn ngược hướng nhau, tuân theo định luật thứ Newton Theo nhà vật lý hạt có hạt mang tên graviton, hay hạt truyền tương tác lực hấp dẫn Lực hấp dẫn có dạng gần giống với lực Coulomb áp dụng cho điện tích, chúng tuân theo luật nghịch đảo bình phương khoảng cách Điều gợi cho Albert Einstein ý tưởng việc thống lực hấp dẫn lực điện từ; nhiên kết không thành công Về sau, thập niên 1960, người ta thống lực lại, biểu diễn điện-yếu thống (electroweak unification), kết hợp lực điện từ, lực tương tác mạnh lực tương tác yếu vào làm Ngày nay, nhà vật lý nhận thấy lực hấp dẫn lực điện từ có điểm chung hai xuất có mặt hạt truyền tương tác với khối lượng Điều mở hướng nghiên cứu để thống lực tự nhiên vào dạng Lực điện từ Lực điện từ bốn lực tự nhiên Nó kết hợp lực điện (còn gọi lực Coulomb với điện tích điểm đứng yên) lực từ (sinh hạt mang điện tích di chuyển) Về bản, lực điện lực từ miêu tả dạng lực truyền với có mặt hạt truyền tương tác quang tử Quá trình lượng tử hóa lực điện từ miêu tả thuyết điện động lực học lượng tử, hay gọi thuyết QED Lực điện từ lực có biên độ vô hạn, tuân thủ theo luật nghịch đảo bình phương khoảng cách giống lực hấp dẫn Lực điện từ tồn hạt mang điện tích electron hay quark, có độ lớn khoảng 1042 lần so với lực hấp dẫn Có hai loại điện tích điện tích âm điện tích dương, hai hạt điện tích đẩy ngược điện tích hút Trái đất, mặt trời, hành tinh chứa lượng hạt điện tích âm điện tích dương, chúng trung hoà lực điện từ Lực điện từ electron proton lý electron nằm quỹ đạo hạt nhân Lực tương tác mạnh Lực tương tác mạnh bốn lực tự nhiên Lực giữ thành phần hạt nhân nguyên tử lại với nhau, chống lại lực đẩy lớn proton Lực chia làm hai thành phần, lực mạnh lực mạnh dư Lực tương tác mạnh ảnh hưởng hạt quark, phản quark gluon, boson truyền tương tác chúng Thành phần giữ quark lại với để hình thành hadron proton neutron Thành phần dư giữ hadron lại hạt nhân nguyên tử Ở có hạt gián tiếp bosonic hadron, hay gọi meson Theo thuyết sắc động lực học lượng tử, quark mang điện tích màu, dạng "đỏ", "xanh lam" "xanh lơ" Đó tên, hoàn toàn không liên hệ với màu thực tế Đối quark hạt "đối đỏ", "đối xanh lam", "đối xanh lơ" Cùng màu đẩy nhau, trái màu hút Lực hút hạt màu hạt đối màu mạnh Các hạt tồn tổng màu chúng trung hòa, nghĩa chúng kết hợp với đối đỏ, đối xanh lam đối xanh lơ hạt baryon, proton neutron, quark đối quark có tương ứng đối màu (như hạt meson) Lực tương tác mạnh xảy hai quark nhờ hạt trao đổi có tên gluon Nguyên lý hoạt động hạt gluon hiểu trái bòng bàn, hai quark hai vận động viên Hai hạt quark xa lực tương tác chúng lớn, chúng gần xát nhau, lực tương tác Có loại gluon khác nhau, loại mang màu điện tích đối màu điện tích (có loại màu, có trung hòa giống đỏ + xanh + vàng = trắng tự nhiên, nên có tổ hợp màu chúng) Mỗi cặp tương tác quark, chúng luôn thay đổi màu, tổng màu điện tích chúng bảo toàn Nếu quark đỏ bị hút quark xanh lam baryon, gluon mang đối xanh lam đỏ giải phóng từ quark đỏ hấp thụ quark xanh lam, kết quả, quark chuyển sang quark xanh lam quark thứ hai chuyển sang quark đỏ (tổng màu điện tích xanh lam + đỏ) Nếu quark xanh lơ đối xanh lơ quark tuơng tác với meson, gulon mang, ví dụ đối đỏ xanh lơ giải phóng quark xanh lơ hấp thụ đối xanh lơ quark, kết quả, quark xanh lơ chuyển sang màu đỏ đối xanh lơ đối quark chuyển sang màu đỏ (tổng màu điện tích 0) Hai quark xanh lam đẩy trao đổi gluon mang điện tích màu xanh lam đối xanh lam, quark nguyên điện tích màu xanh lam Hiện tượng tách rời quark xa gọi tượng giam hãm (confinement) Có giả thuyết quark gần không tồn lực tương tác mạnh trỏ thành tự do, giả thuyết gọi tự tiệm cận giải thích nguyên lý bóng bàn Lực tương tác yếu Lực tương tác yếu xảy hạt trừ hạt proton gluons, có trao đổi hạt truyền tương tác vector W boson Z boson Lực tương tác yếu xảy biên độ ngắn, khối lượng hạt W boson Z boson vào khoảng 80 GeV, nguyên lý bất định chế chúng khoảng không 10 − 18 m, kích thước nhỏ 0,1% so với đường kính proton Trong điều kiện bình thường, hiệu ứng chúng nhỏ Có số định luật bảo toàn hợp lệ với lực tương tác mạnh lực điện từ, lại bị phá vỡ lực tương tác yếu Mặc dầu có biên độ hiệu xuất thấp, lực tương tác yếu lại có vai trò quan trọng việc hợp thành giới mà ta quan sát Lực tương tác yếu chuyển đổi hương quark sang hương khác Nó có vị trí quan trọng cấu trúc vũ trụ chúng ta, vì: • Mặt trời không chiếu sáng lực tương tác yếu chuyển đổi từ proton sang neutron, deuterium, nguyên tố đồng vị hidro tạo tạo phản ứng hidro, với nguồn lượng giải phóng cực lớn • Là cần thiết cho việc tạo nên khối lượng lớn hạt nhân Việc khám phá vector boson W Z vào năm 1983 chứng xác thực ủng hộ lý thuyết gộp lực tương tác yếu lực điện từ vào thể điện - yếu thống