Sin dal secolo 20, i fisici hanno riconosciuto quattro forze fondamentali, o interazioni, che comprendono tutti i fenomeni noti in natura. Tre su quattro sono stati caratterizzati in maniera rigorosa e matematicamente dal Modello Standard, formulata nei primi anni 1970. Le quattro forze sono la forza nucleare forte (noto anche come la forza del colore), la forza nucleare debole (media decadimento beta), la forza elettromagnetica e gravità.

A energie molto elevate, la forza nucleare debole e la forza elettromagnetica si uniscono (iniziano a comportarsi in modo intercambiabile), mentre le forze ancora più alto, si ritiene che la forza forte si unisce con il elettrodebole e, infine, il forte -forza elettrodebole si unisce con la forza di gravità. Si ritiene che tutte e quattro le forze fondamentali sono stati uniti un istante dopo il Big Bang, nelle primissime fasi della formazione dell'universo.

La forza nucleare forte tiene insieme protoni e neutroni nel nucleo atomico. Più specificamente, è mediata dallo scambio di gluoni tra i quark che formano protoni e neutroni. La forza nucleare forte è 100 volte più forte della forza elettromagnetica. Quando i nuclei sono rotto nelle reazioni nucleari, energia dalla forza forte è rilasciato. Descritto dalla teoria della fisica chiamata cromodinamica quantistica, la forza forte perde tutta la sua forza su distanze molto più ampio del nucleo atomico.

La forza elettromagnetica è quella che ci è più familiare, responsabile di tutte le reazioni chimiche e le caratteristiche più riconoscibili fisica attorno a noi, come la luce. La forza elettromagnetica è mediata dai fotoni, che compongono tutte le radiazioni elettromagnetiche, dai raggi cosmici alla luce visibile alle onde radio a frequenza estremamente bassa. Sia il calore e la luce sono costituite da fotoni.

interazioni forza elettromagnetica sono determinati dalla carica elettrica. La ragione per non cadere con la tua sedia durante la lettura di questo è che la carica negativa degli elettroni atomici gusci che costituiscono il corpo sono respinti dalla carica negativa dei gusci di elettroni che compongono la sedia sotto di te. Photon onde diminuire la forza in base al quadrato della distanza della loro fonte.

La forza nucleare debole è responsabile di una serie relativamente piccola delle interazioni fondamentali. E 'media decadimento beta, che cosa accade quando un neutrone si rompe in un protone e un elettrone o positrone. Mediata da bosoni W e Z, la forza nucleare debole è circa un centinaio di miliardi di volte più debole della elettromagnetico. Opera solo su brevi distanze.

La gravità è la più debole di tutte le forze, ma il più diffuso nell'universo, perché è generato da tutti gli organismi di massa. La gravità è 10 ³⁶ volte più debole della forza elettromagnetica, veramente misera, che rende difficile analizzare matematicamente. Le particelle pensiero di mediare gravità, gravitoni, non sono stati ancora individuati. Gravità è anche distinta da altre forze, nel senso che non è ancora stato integrato con gli altri in modo rigoroso matematico. I fisici sono alla ricerca di una teoria di unificare la gravità con le altre forze per quasi un secolo, senza fortuna fino ad ora.