Die vier Grundkräfte im Überblick
Starke Wechselwirkung, schwache Wechselwirkung, elektromagnetische Wechselwirkung und Gravitation: Physiker*innen gehen heute von vier Grundkräften aus, aus denen alle anderen Kräfte zusammengesetzt werden können. Sie sind unterschiedlich stark und reichen unterschiedlich weit.
Grundkräfte der Physik
Kräfte sind für die Physik so wichtig, dass die Physik manchmal sogar die „Lehre von den Kräften in der Natur“ genannt wird. Der Begriff Kraft wird allerdings in den Naturwissenschaften anders verwendet als im Alltag. Die Kraft ist in der Physik eine Modellvorstellung, um Wirkungen und Veränderungen zu beschreiben: Regen fällt aus den Wolken, Blitze erhellen den Nachthimmel, Atome gehen Bindungen ein, der Magnetkran hebt Eisenschrott hoch, Glühbirnen beginnen zu leuchten ...



Durch die vier Grundkräfte der Physik wird das Aussehen und das Verhalten von Stoffen (Materie) bestimmt und auch wie sie miteinander wechselwirken. Sie entsprechen vier grundlegend verschiedenen Wegen, auf denen physikalische Objekte einander beeinflussen können. Sie sind unterschiedlich stark und reichen unterschiedlich weit.



Kraft | relative Stärke | Reichweite | |
---|---|---|---|
![]() |
starke Wechselwirkung | 100 | 2,5 $$\cdot$$ 10-15 m |
![]() |
elektromagnetische Wechselwirkung | 1 | unendlich |
![]() |
schwache Wechselwirkung | 10-11 | 1 $$\cdot$$ 10-18 m |
![]() |
Gravitation | 10-36 | unendlich |
Gravitation und elektromagnetische Kraft
Die Gravitation (Schwerkraft) ist die gegenseitige Anziehung von Massen. Sie hält die Materie über große Entfernungen zusammen und wird erst bei größeren Massen spürbar – im atomaren Bereich ist sie vernachlässigbar. Durch ihre große Reichweite ist sie für die Bildung und Bewegungen von Planeten, Sternen und Galaxien verantwortlich.


Die elektromagnetische Kraft ist stärker als die Gravitation und bezeichnet die Anziehung und Abstoßung von elektrischen Ladungen. Sie hält Elektronen und Atomkerne zusammen und ist auch für die Chemie entscheidend. Obwohl sie eine große Reichweite hat, spielt sie in planetaren Größenordnungen keine große Rolle, da diese Himmelskörper in Summe elektrisch neutral sind. Die positiven und negativen Ladungen sind in großen Körpern immer annähernd gleichmäßig verteilt, da sie sonst nicht zusammenhalten würden.
Schwache und starke Wechselwirkung
Die schwache und die starke Wechselwirkung haben eine so geringe Reichweite, dass sie außerhalb des Atomkerns vernachlässigbar sind. Die schwache Wechselwirkung wirkt im Inneren der Protonen und Neutronen, die starke Wechselwirkung hält Protonen und Neutronen zusammen.


Durch die schwache Wechselwirkung wird die Fusion von Wasserstoff zu Helium in der Sonne ermöglicht und damit auch die Energie für alles Leben auf der Erde bereitgestellt. Sie ist auch für die radioaktive β-Umwandlung („β-Zerfall“) von Atomkernen verantwortlich.
Beim β+-Zerfall wird hingegen ein Proton des Kerns in ein Neutron umgewandelt. Dabei wird zusammen mit einem Positron (Positronenstrahlung) ein Neutrino ausgesendet. Falls der Kern danach noch in einem angeregten Zustand verbleibt, geht er unter Aussendung von Gammastrahlung in den Grundzustand über.
Die starke Wechselwirkung verhält sich sehr ungewöhnlich. Solange die Kernteilchen sehr eng beisammen sind ist sie schwächer, als wenn sie sich etwas voneinander entfernen. Bei noch größerer Entfernung wird sie dann wieder schwächer, da sie nur eine sehr kleine Reichweite hat. Die starke Wechselwirkung sorgt unter anderem für den Zusammenhalt der Atomkerne und ist für den radioaktiven α-Zerfall von Atomkernen verantwortlich.
Radioaktive „Schatz“suche
Hier sind 9 radioaktive Dinge versteckt. Finde sie, indem du den Geigerzähler herumbewegst!