Что такое фундаментальная сила?

На уровне взаимодействий в физике элементарных частиц концепция силы актуальна как передача импульса dp/dt. Все диаграммы Фейнмана, описывающие математику взаимодействий, передают в вершинах dp/dt импульс, переносимый промежуточными частицами. Возьмем простое комптоновское рассеяние :

сила переносится виртуальным электроном от входящих реальных частиц к уходящим реальным частицам.

Термин «фундаментальные силы» используется для того, чтобы пояснить, что существуют три константы связи с разной силой, квалифицирующие вершины: электромагнитная, слабая, сильная, и они определены как фундаментальные, потому что они являются фундаментальными в построении$SU(3)\times SU(2)\times U(1)$ модель физики элементарных частиц. Каждая «фундаментальная сила» со своими калибровочными бозонами, «силой», потому что связи определяют, насколько сильно взаимодействие.

«Фундаментальные» силы — это взаимодействия, которые по соглашению называются «фундаментальными».

А если серьезно, вы могли бы попытаться дать строгое определение в духе «фундаментальные силы — это взаимодействия, опосредованные бозонами, которые не являются составными частицами». За исключением, конечно, того, что мы не можем на самом деле знать, что какой-либо из бозонов не является составным, и масштаб составности просто очень высок. Мы также не можем исключить, что текущий набор бозонов на самом деле не является различными компонентами единого поля, находящегося в каком-то состоянии спонтанного нарушения симметрии при энергиях, которые мы можем исследовать. Таким образом, мы должны сказать, что «фундаментальные силы — это взаимодействия, опосредованные бозонами, о существовании которых в настоящее время неизвестно».Это определение подразумевает, что должна существовать сила Хиггса, поскольку бозон Хиггса (насколько нам известно) является фундаментальным бозоном, опосредующим взаимодействие. Таким образом, мы могли бы попробовать: «фундаментальные силы — это взаимодействия, опосредованные спином-1 или спином -2 бозонов, которые в настоящее время не известны как составные». За исключением... ну... в данный момент мы проделываем большую работу, чтобы изобрести определение, которое воспроизводит желаемое соглашение. Что возвращает нас к моему первоначальному утверждению. : «Фундаментальные» силы — это взаимодействия, которые по соглашению называются «фундаментальными».

Еще больше сбивает с толку то, что термин «пятая сила» приобрел в литературе значение «взаимодействия, не опосредованного частицами стандартной модели», хотя на самом деле это неверно.

Если оставить в стороне детали, на которые указывают ссылки в комментариях к вашему сообщению, определение из Википедии кажется подходящим. Чтобы проиллюстрировать это немного лучше, подумайте о нефундаментальной силе: ядерной силе, вызванной пионным обменом (см. рисунки на странице Wiki ), которая удерживает ядро ​​вместе. В отличие от калибровочных бозонов Стандартной модели (которые являются фундаментальными, несоставными), пионы являются составными, нефундаментальными частицами. Но они по-прежнему являются посредниками между нуклонами.

PS: Я считаю, что термин «сила» немного вводит в заблуждение. «Взаимодействие» было бы лучше. Однако в большинстве случаев, если две вещи могут взаимодействовать, то однажды можно дать разумное определение «силы» (через то, что называется приближением Борна). С точки зрения мысленной картины: если две частицы могут обмениваться чем-то, что изменяет их импульсы (т. е. взаимодействовать), то между ними существует сила. Если то, чем они обмениваются, является фундаментальной частицей (в нашем случае частицами Стандартной модели), то сила является фундаментальной.

Фундаментальные силы действуют между элементарными частицами, тогда как
нефундаментальные силы действуют только между коллективом частиц. Например, рассмотрим трение, натяжение, силу сопротивления, сопротивление воздуха. Это принципиальное отличие, так как фундаментальные силы наблюдаются на уровне элементарных частиц, а другие навязанные на этом уровне бессмысленны. Причина в том, что все нефундаментальные силы являются проявлениями фундаментальных сил. Из-за этого свойства большинство нефундаментальных сил неконсервативны, тогда как фундаментальные силы консервативны.