Einsteins Erben - Physikartikel: Die vier Grundkraefte

Das Thema "Die vier Grundkräfte" ist sehr interessant und unvorstellbar komplex. Da es sehr schwierig ist, diese Thematik durch humoristische Einlagen aufzulockern, versuche ich es gar nicht erst. Die Physik geht davon aus, dass die Natur durch vier Grundkräfte beherrscht wird. Diese Kräfte (oder Wechselwirkungen – z.B. ist die Gravitationsanziehung von Apfel und Erde nichts weiter als eine Wechselwirkung zwischen diesen beiden Körpern) wirken zwischen den Elementarteilchen. Unter einem Elementarteilchen versteht der Physiker ein Teilchen, welches sich nicht mehr in kleinere Bestandteile zerlegen lässt. Die physikalische Geschichte ist durchtränkt von irrtümlichen Annahmen und nachträglichen Korrekturen des physikalischen Weltbildes. Nach heutigem Stand des Wissens, existieren zwei elementare (nicht weiter teilbare) Teilchengruppen: Die Quarks, und Leptonen. Die Quarks sind die Bausteine der Nukleonen (Nukleonen = Protonen und Neutronen) und zwar jeweils drei von ihnen. Der Atomkern baut sich seinerseits aus Nukleonen auf. Ein Lepton ist u.a. das Elektron, welches den Atomkern umrundet. Stark vereinfachter Aufbau eines Atoms

Je tiefer man in die innere Struktur der Materie vordrang, desto häufiger musste man den Elementarteilchenbegriff und den der Wechselwirkung neu definieren. Das "Mikroskop" für die kleinsten Teilchen sind riesige Teilchenbeschleuniger. Man beschleunigt dort Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit und lässt sie aufeinanderkrachen. Dabei gibt es natürlich einen gewaltigen Elementarteilchen-Scherbenhaufen. Man stelle sich vor, man lässt eine Schachtel mit Murmeln fallen. Aus einem Meter Höhe wird vielleicht der Deckel der Schachtel aufspringen und die Murmeln kullern durch die Gegend. Lässt man dagegen die Schachtel vom Fernsehturm fallen, werden die Murmeln durch die Wucht des Aufpralls zerstört. Man erkennt also das folgende Prinzip: Je höher die Energie mit der die Schachtel zu Boden fällt, desto kleinere Strukuren werden sichtbar. In der folgenden Tabelle sind die 4 Grundkräfte und ihre Eigenschaften zusammengefasst:

	Wichtigster Wirkungsbereich	Teilchen, die der Wechselwirkung unterliegen
Gravitation	Weltall (Galaxien- und Planetenbewegung)	Alle
Elektomagnetische Kraft	Atome und Moleküle, aber auch der Makrokosmos (z.B. Magnetische Pole der Erde)	Alle elektrisch geladenen Teilchen (+/-)
Schwache Kraft oder Schwache Wechselwirkung	Teilchenzerfälle (z.B. der Zerfall des Neutrons)	Quarks und Leptonen/td>
Starke Kraft oder Starke Wechselwirkung	Atomkern	Quarks

Die Gravitationskraft ist die universellste, da alle Teilchen ihrer Wechselwirkung unterliegen. Jedoch verliert sie ihre Bedeutung im Mikrokosmos. Atome bestehen aus Elektronen, die einen Atomkern umrunden. Da der Kern positiv geladen ist und die Elektronen negativ, ziehen sich Elektronen und Kernprotonen an. Die Elektronen stürzen nur deswegen nicht in den Kern, weil sie den Kern umrunden und Zentrifigulkraft und elektrische Anziehungskraft im Gleichgewicht stehen. Die Gravitationskraft zwischen Elektronen und Kern ist ca. 10³⁹ (eine 1 mit 39 Nullen) mal kleiner als deren elektrische Anziehungskraft. Die Gravitation ist für das atomare Kräftespiel also bedeutungslos. Der Atomkern besteht aus elektrisch neutralen Neutronen (daher der Name, eigentlich müssten die Neutronen Neutralonen heissen) und positiv geladenen Protonen. Jetzt bemerkt der aufmerksame Leser sofort, dass der Kern ja auseinanderplatzen müsste, da sich gleiche Ladungen abstossen. Zu verhindern weiß dies allerdings die Kernkraft oder starke Wechselwirkung, welche im Kern gegenüber der elektrischen Abstoßung dominiert. Ihre Reichweite ist extrem gering, denn am Rand des Atomkerns endet auch schon ihr Einflußbereich. Die Quarks, welche die Bausteine der Nukleonen sind, wechselwirken sogar so stark, dass man sie nicht aus einem Nukleon entfernen kann, man hat sie nur indirekt nachweisen können. Die schwache Wechselwirkung ist die am schwersten zu verstehende Kraft. Sie ist im wesentlichen für Teilchenzerfälle verantwortlich, z.B. den Zerfall des Neutrons. Das Ziel der Physiker ist es, alle vorhandenen Naturkräfte zu vereinheitlichen, d.h. mit Hilfe eines Theoriegebäudes zu beschreiben. Lange Zeit dachte man, dass die elektrische Kraft zwischen zwei Ladungen (+ und -) und die magnetische Kraft (z.B. zwischen zwei Kompassnadeln) grundlegend verschiedene Kräfte sind. Die beiden Kräfte wurden erfolgreich zu einer, der Elektromagnetischen Kraft, zusammengefasst. Es war sogar noch mehr drin. Die schwache Kraft und die Elektromagnetische Kraft wurden in der Mitte des 20. Jahrhunderts recht erfolgreich zur Elektroschwachen Kraft vereinigt. Ansatzweise konnte man sich noch die Starke Kraft zur Elektroschwachen Kraft dazugesellen. Bisher widersetzt sich jedoch die Gravitation hartnäckig jeglichem Vereinheitlichungsversuch. Ihr von Einstein gefundenes Theoriegebäude unterscheidet sich grundlegend von dem der anderen drei Kräfte. Es winken einige Nobelpreise, also ran an Bleistift und Papier. Ohne das fein ausgeklügelte Zusammenspiel der 4 Grundkräfte gäbe es keine Atome, ohne Atome keine Moleküle, ohne Moleküle kein Leben. Leider kann man auf zwei DIN-A4-Seiten dieses interessante Thema nur unzureichend behandeln, jedoch hoffe ich ein wenig Licht ins Dunkel gebracht zu haben.