Ist die elektromagnetische Kraft für Kontaktkräfte verantwortlich? [Duplikat]

Es wird allgemein gesagt, dass es in der Natur vier grundlegende Kräfte oder Wechselwirkungen gibt. Es ist natürlich zu überlegen, welche von diesen für die Normalkraft verantwortlich ist, der wir in der Elementarphysik begegnen. Welche Kraft wirkt auf einen Körper durch den Boden, auf dem er ruht?

Von den vier Kräften scheint nur die elektromagnetische Kraft relevant zu sein, und ich bin immer davon ausgegangen, dass die fragliche abstoßende Kraft letztendlich die EM ist. Der Wikipedia-Artikel über Kontaktkräfte scheint zuzustimmen:

Molekular- und Quantenphysik zeigen, dass die elektromagnetische Kraft die grundlegende Wechselwirkung ist, die für Kontaktkräfte verantwortlich ist.

Eine alternative Erklärung ist, dass die Kraft aus dem Ausschlussprinzip von Pauli resultiert; So vernünftig es auch erscheinen mag, es scheint jedoch nicht die Frage zu beantworten, welche Kraft hier tatsächlich im Spiel ist. Das Ausschlussprinzip ist keine Kraft, oder zumindest wird es normalerweise nicht als solche bezeichnet.

Ich bin kürzlich auf ein ziemlich eindringlich präsentiertes Argument gestoßen, das besagt, dass die Normalkraft eine makroskopische Kraft ist, die nicht direkt auf die EM-Kraft oder eine der anderen Kräfte reduzierbar ist; vielmehr ergibt es sich tatsächlich aus dem Ausschlussprinzip von Pauli durch Wechselwirkung von Elektronenwellenfunktionen. Das Argument behauptet weiter, dass Versuche, den Wikipedia-Artikel zu korrigieren, auf die üblichen "Quelle benötigt"-Einwände gestoßen sind und dass dieses Thema von den Standardtexten entweder missverstanden oder nur unzureichend behandelt wird.

(Das Argument finden Sie hier ).

Welcher Weg ist es?

Ich denke, wenn Teilchenphysiker von vier fundamentalen Kräften sprechen, wäre das bessere Wort "Wechselwirkung zwischen den fundamentalen Quantenfeldern", aber ich vermute hier nur: Der Fermion-Entartungsdruck entsteht aus der Wechselwirkung des jeweiligen Fermion-Feldes mit sich selbst - Ich denke, deshalb ist es nicht Teil der vier grundlegenden Wechselwirkungen. Ich hätte auch gerne eine klare Antwort auf Ihre Frage von einem Teilchenphysiker.
Das von mir vorgeschlagene Duplikat ist vielleicht nicht sofort offensichtlich, aber Terrys lange und detaillierte Antwort auf diese Frage deckt den relevanten Bereich ab. Auch Wouters Antwort auf physical.stackexchange.com/q/69241 gibt eine hervorragende Beschreibung, wie die Exklusionskraft funktioniert.
@JohnRennie und was ist mit meiner Vermutung, dass die vier Kräfte besser die vier Wechselwirkungen genannt würden? Ich habe immer gedacht, dass die Teilchenphysiker etwas "poetisch" sind, wenn sie dasselbe Wort für makroskopische Kräfte verwenden.
@JohnRennie, danke für den Link. Hinter der Normalkraft scheint also tatsächlich das Pauli-Prinzip zu stecken, und diese Kraft ist tatsächlich nicht einfach eine der „vier fundamentalen“? Es ist also ziemlich ungenau zu sagen, dass die Natur nur diese vier Kräfte hat?
@WetSavannaAnimalakaRodVance, sicherlich dienen einige Fälle der EM-Kraft sowohl als Feldwechselwirkungen als auch als direkte makroskopische Kräfte. Es überrascht mich ziemlich, dass nicht mehr Autoren eine klarere Unterscheidung zwischen den verschiedenen Bedeutungen von "Kraft" ziehen.
@AlonAmit: siehe physical.stackexchange.com/q/44712 ​​. Die Pauli-Ausschlusskraft ist keine fundamentale Kraft in dem Sinne, wie Physiker das Wort verwenden. Andere Benutzer des Wortes können abweichen.
Ein weiterer möglicher Betrüger: physical.stackexchange.com/q/1077

Antworten (1)

Angenommen, Sie nehmen zwei Heliumatome und versuchen, sie zusammenzudrücken. Es wird eine kurze Distanzabstoßung geben und wir würden dies normalerweise als die Pauli-Ausschlusskraft bezeichnen, also klingt es tatsächlich so, als ob das Ausschlussprinzip eine fundamentale Kraft erzeugt.

Angenommen, eines der He-Atome hat beide Elektronen angeregt 2 S Orbital (physikalisch nicht wahrscheinlich, aber dies ist nur ein Gedankenexperiment). Dies wirkt sich eindeutig auf die Ausschlusskraft aus, da die Überlappung des He 1 S Und 2 S Orbitale unterscheidet sich von der Überlappung von zwei 1 S Orbitale. In der Tat, wenn Sie die beiden He-Atome in denselben Raum schieben, würde das Überlappungsintegral auf Null gehen und die Ausschlusskraft würde verschwinden. Zugegeben, hier wird ungeheuer viel mit den Händen gewinkt, aber Sie verstehen die Grundidee.

Die Kraft existiert also, weil das Ausschlussprinzip eine Anregung von Elektronen aus dem Grundzustand erfordert, wenn sie zusammengeschoben werden, und dies kostet Energie. Aber es kostet nur Energie wegen der elektromagnetischen Kraft, die dafür verantwortlich ist, die Elektronen überhaupt in die He-Atome zu binden. Wenn Sie die elektromagnetische Kraft schwächen, würde die Ausschlusskraft ebenfalls schwächer werden und tatsächlich an der Grenze der EM-Kraft verschwinden, die auf Null geht.

Deshalb ist die Exklusionskraft keine fundamentale Kraft. Wenn Sie die He-Atome zusammenschieben, geht die Arbeit, die Sie leisten, in die Anregung des EM-Feldes, nicht in die Anregung eines "Pauli-Feldes". Das Ausschlussprinzip ist ein grundlegendes Prinzip, aber die Tatsache, dass Arbeit erforderlich ist, liegt an der elektromagnetischen Kraft.

Verwandte: Wenn ich jemanden schubse, welche fundamentale Kraft schaffe ich? hat eine Antwort, die das Ausschlussprinzip als Schlüsselelement anführt, was dazu führte, dass diese Antwort in Kommentaren verlinkt wurde.
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