Haben alle vier Grundkräfte Auswirkungen auf die Raumzeit?

Elektromagnetische Wellen (Licht) sind Wellen im elektromagnetischen Feld, anstelle der Raumzeitmetrik.

Was andere Kräfte angeht, die Wellen schlagen: Jede der fundamentalen Kräfte hat ein Teilchen, das diese Kraft trägt. Für den Elektromagnetismus ist es das Photon, das die kleinste Energieeinheit in einer elektromagnetischen Welle ist. In ähnlicher Weise ist ein Graviton die kleinste Energieeinheit in einer Gravitationswelle. Dies sind die Kraftträgerteilchen für EM und Gravitation. Die W- und Z-Bosonen tragen die schwache Kernkraft, aber sie sind zu schwer und instabil, um lange genug zu halten, um als Welle identifiziert zu werden. Nukleare Kräfte sind etwas seltsamer als Gravitation und EM. Ich würde sagen, sie haben nicht die gleichen Wellen, aber Sie können hier mehr lesen: Kernkraftwellen.

Theoretisch erzeugt jede Masse Gravitationseffekte. Das Problem, das wir haben, ist, dass sie beide 1. viel zu klein sind, um gemessen zu werden, und 2. viel zu schwach sind, um gegen die anderen Kräfte wahrgenommen zu werden. Ich lasse das Photon aus dieser Antwort heraus, da es masselos ist.

Wenn Sie also die relative Stärke der Schwerkraft als 1 angenommen haben, dann sind die anderen Kräfte ungefähr 10$^{25}$bis 10$^{38}$mal größer.

Aber wenn eine Masse einen Gravitationseffekt erzeugt, wird es außerhalb ihres "normalen/normalen" Bereichs zu spüren sein, da Gravitonen (die Schwerkraft tragen) in ihrer Reichweite unendlich sind. Aber ich möchte betonen, dass wir mit ziemlicher Sicherheit niemals ein Elektron (oder die schwachen Kraft tragenden W- und Z-Bosonen) durch ihre Gravitationseffekte entdecken werden.

Es gibt einige Missverständnisse in der Frage, die leicht zu haben sind, und eine gute Frage, um das Konzept und die Probleme zu klären. Beachten Sie unten, dass wir in der Endanalyse wirklich noch nicht wissen, warum die Schwerkraft so anders ist als die anderen Kräfte, aber einige Ideen haben.

Gravitationswellen sind Wellen in der Raumzeit, aber jede Masse-Energie, die mit einem Quadrupolmoment oder höher variiert (dh nicht zu symmetrisch), wird sie verursachen. Die Gravitation verursacht keine Gravitationswellen, es ist jede Masse-Energie, die auf bestimmte Weise variiert. Dennoch wird jede Masse-Energie ein Gravitationsfeld verursachen.

Die Gravitation oder ein Gravitationsfeld, ob strahlend, dh eine Welle (normalerweise als eine Störung bezeichnet, die sich im Fernfeld als 1/r ausbreitet) oder nicht, wird durch Masse-Energie verursacht, oder genauer gesagt durch den Spannungsenergietensor, der alles einschließt Formen von Energie und Masse, Impuls oder Druck und Spannung. Jedes Partikelfeld, das Energie hat (oder eines davon), verursacht ein Gravitationsfeld.

Dazu gehören die schwachen und starken Kräfte, oder besser bezeichnet, Quantenfelder. Auch natürlich jedes elektromagnetische Feld. Die schwachen Kräfte entstehen aus einem Feld, alles Teil des elektroschwachen Feldes, für das Weinberg und andere den Nobelpreis erhielten. Eine einfachere Version der Wellengleichung für schwache Felder ist die Proca-Gleichung, siehe https://en.m.wikipedia.org/wiki/Proca_action .

Der Unterschied zwischen den starken und schwachen Kräften und beispielsweise den elektromagnetischen Kräften mit großer Reichweite besteht darin, dass letztere durch das masselose Photon vermittelt werden, aber sowohl starke als auch schwache Kräfte werden durch massive Gluonen bzw. die W- und Z-Bosonen vermittelt. Die Reichweite der Kräfte bzw. der Felder wird grundsätzlich durch die Bosonenmassen bestimmt und ist halbproportional zu 1/m. Es steckt noch mehr dahinter, und die spezifischen Dynamiken und Symmetrien dieser Felder lassen sich vorerst am besten durch das Partikel-Standardmodell beschreiben (ja, ich verwende Kräfte und Felder irgendwie austauschbar, das Quantenfeld sind die wirklichen Dinge, die Kräfte sind eine einfache Art, vereinfachend und halbklassisch zu sprechen).

Das Obige deckt Ihre Fragen 1, 2 und 3 sowie 5 und 6 ab.

Für 4- warum verhält sich die Schwerkraft so? Es ist nicht so, wie es handelt, es ist, was es ist. Gravitation ist der Effekt der Raumzeitkrümmung, und wir nehmen sie als Gravitationskräfte und Wellen wahr. Es entsteht nach dem Äquivalenzprinzip durch jede Masse-Energie. Die Einstein-Feldgleichungen wurden als der einfachste Weg gefunden, um die Gravitation in einer Theorie zu haben, die in jedem Referenzrahmen gültig ist und sich auf Newtons Gleichungen in der schwachen Feldgrenze reduziert, alles ohne Berücksichtigung von Quanteneffekten . Es wurde gefunden, dass alle seine gemessenen Vorhersagen wie vorhergesagt waren. Es umfasst Effekte, die nie in Betracht gezogen wurden, wie die Expansion des Universums und Schwarze Löcher, sowie konventionellere wie eine kleine Abweichung der Umlaufbahnen von der reinen Newtonschen Umlaufbahn (das Vorrücken des Perihels von Merkur), Lichtlinsen in einem Gravitationsfeld und andere. Die anderen Kräfte sind andere Dinge, Quantenfelder, die interagieren und deren Quanten die Bosonen sind, die die Kraft tragen, und die Fermionen, die mit ihnen interagieren. Sie entstehen nicht, wie wir es jetzt sehen, durch Veränderung der Raumzeit (siehe aber die String-Theorie weiter unten).

Für 4a: Warum ist die Schwerkraft so einzigartig? Niemand weiß es noch, eine Quantentheorie der Gravitation wurde noch nicht formuliert, die akzeptiert wurde, obwohl es viele Versuche und Forschungen dazu gibt, einschließlich der Stringtheorie und der Schleifenquantengravitation. Die String-Theorie besagt, dass alle Kräfte String-Effekte sind und die Gravitation ausschließlich der Spin-2-Fall ist. Alle anderen Kräfte sind Spin 1 und dann scheinbar das Higgs-Teilchen mit Spin 0, das zur Masse der Elementarteilchen führt. Die Gravitation scheint aufgrund des Äquivalenzprinzips einzigartig zu sein (mit der Wirkung, dass jede Energie oder Masse gravitiert), und dass es Spin 2 ist, was bedeutet, dass es für positive Energie und Druck anziehend ist). Und ich bin mir sicher, dass wir es einfach nicht wissen