Gravitationskraft und elektromagnetische Kraft?

Der Begriff „schwache Gravitation“ ist „nicht einmal falsch“! Es vergleicht Orangen mit Äpfeln: Es ist sinnlos, eine dimensionsvolle Wechselwirkung (Schwerkraft) mit einer dimensionslosen Wechselwirkung (Standardmodell-Wechselwirkungen wie die elektromagnetische Kraft) zu vergleichen, wenn kein Umstand (z. B. die spezifischen Ladungen und Massen im Vergleich) angegeben wird.

Der Nobelpreisträger Frank Wilczek hat tatsächlich ein ganzes Buch (Die Leichtigkeit des Seins) darüber geschrieben, was die richtige Frage sein sollte: Da die „Ladung“ der Gravitationskraft Masse (Energietensor) ist, lautet die richtige Frage, warum sind die Massen aus die Elementarteilchen so klein im Vergleich zur Planck-Skala?

Dies führt Sie zu dem quälenden Problem des Naturheits-/Hierarchieproblems (die unnatürliche Lücke zwischen der Planck-Masse und der schwachen Skala/Higgs-Masse). Bis jetzt kratzen sich sterbliche Physiker immer noch am Kopf und ärgern sich über dieses unangenehme "Natürlichkeits-/Hierarchie-/Feinabstimmungsproblem". Die klügsten Köpfe der Welt verlieren den Schlaf (fragen Sie Lisa oder Nima) und doch gibt es keine Antwort.

Um Ihnen ein Gedankenexperiment der "starken" Schwerkraft zu geben:

• Erhöht man die Elektronenmasse auf die Masse eines Floheis ($10^{-8}$kg, die Plankenmasse), wird die Gravitationsanziehung zwischen Elektronen im Gleichgewicht mit der abstoßenden elektronischen Kraft sein. Im Fachjargon liegen der Schwarzschild-Radius und die Compton-Wellenlänge für diesen Fall in der gleichen Größenordnung.

• Wenn die Elektronenmasse auf die Masse eines Hühnereis erhöht wird,
  übertrumpft die Gravitationskraft zwischen den Elektronen die elektronische Kraft und die Elektronen werden durch die Schwerkraft in ein schwarzes Elektronenloch zerquetscht. Natürlich werden in diesem Fall echte Quantengravitationseffekte dominieren, die herkömmliche Halbquanten-Schwarzloch-Argumentation (à la Stephen Hawking) ist mit Vorsicht zu genießen.

Ich denke, der Teil über die elektromagnetische Kraft, die exponentiell stärker ist als die Gravitation, hat Sie erreicht! (Eine einfache Möglichkeit, sich vorzustellen, wie statische Elektrizität Dinge gegen die Anziehungskraft der Erde anheben kann!) Über die Feder, so wie Sie es können Die Feder gegen die Erdanziehungskraft zu stützen, liegt an den elektromagnetischen Kräften, die Ihre Hand auf die Feder ausübt und umgekehrt. Wenn diese viel, viel schwächer wären, könnte etwas so Kleines wie eine Feder Ihre Hand zerknittern, das heißt, wenn sie nicht schon vorher durch die Schwerkraft zerknittert worden wäre!

Ich habe in The Briefer History of Time (Stephen Hawking) gelesen, dass selbst sehr geringfügige Änderungen in der Stärke der fundamentalen Kräfte ein großes Ungleichgewicht verursachen können. Wenn die elektromagnetische Kraft stärker wäre, wären Atome nicht so stabil, wie sie sind, und wenn sie schwächer wäre, könnten sich überhaupt keine Atome bilden, sodass die Wahrscheinlichkeit, dass Leben existiert, gleich Null wäre!

Wenn es hypothetisch in diesem Moment zu einer plötzlichen Veränderung kommt, könnte möglicherweise die ganze Welt zusammenbrechen. Aber wenn das wirklich so wäre, wären wir gar nicht hier gewesen.

Ich stimme der Antwort von @MadMax zu. Die Frage ist recht interpretierbar, daher hier ein weiterer "Standpunkt".

Die Gesetze der elektrischen Kraft und der Gravitationskraft sind beide umgekehrte quadratische Gesetze, wenn man also das Verhältnis der Kräfte zwischen zwei Körpern berechnet, heben sich die Abstände auf.

Nehmen Sie zwei Punktteilchen mit Massen$m_1$,$m_2$und Gebühren$q_1$,$q_2$. Sie haben die Gravitationskraft

und die elektrische Coulomb-Kraft (CGS-Einheiten werden verwendet)

Eindeutig (abhängig von den tatsächlichen Werten von$m_1$,$m_2$,$q_1$,$q_2$) das hast du evtl$F_G > F_C$, oder umgekehrt.

Bei (geladenen) Elementarteilchen hat man das aber immer$F_G \ll F_C$. Insbesondere wenn Sie zwei Elektronen verwenden ($m_1=m_2=m_e$,$q_1=q_2=q_e$), dann hast du

wobei die Größe in Klammern das zuerst von Thompson gemessene Masse-Ladungs-Verhältnis ist . Wie du siehst$F_G \sim F_C/10^{42}$, unabhängig von der Entfernung$d$: Die Anziehungskraft der Schwerkraft ist wirklich extrem schwach.

In einem Wasserstoffatom sollten Sie die Anziehung zwischen dem Elektron und dem Proton (dh dem Wasserstoffkern) vergleichen. Das Proton ist$\sim 2000$mal massiver als das Elektron also$F_G$Ist$2000$mal größer als die zuvor betrachtete Elektron-Elektron-Gravitationsanziehung. In diesem Fall sollten Sie finden$F_G/F_C \sim 10^{-39}$. Immer noch eine super kleine Zahl.

Klar, wenn Sie keine fundamentalen Teilchen verwenden, sondern Planeten (die fast neutral sind, aber eine riesige Masse haben), dann$F_G$Gewinnt.