Redigerer Kraft (avsnitt)

== Kraft i kvantemekanikk ==
[[Fil:10 Quantum Mechanics Masters.jpg|thumb|150px|Ti viktige bidragsytere til [[kvantemekanikk]]en: [[Max Planck]], [[Albert Einstein]], [[Niels Bohr]], [[Louis de Broglie]], [[Max Born]], [[Paul Dirac]], [[Werner Heisenberg]], [[Wolfgang Pauli]], [[Erwin Schrödinger]] og [[Richard Feynman]].]]

{{Hoved | Kvantemekanikk | Paulis eksklusjonsprinsipp}}

=== Fra kontinuerlige til diskrete krefter ===
Med moderne innsikt i [[kvantemekanikk]] og teknologi som kan akselerere partikler nær lysets hastighet, har en via [[partikkelfysikk]]en utviklet ''[[Standardmodellen]]'' for å beskrive krefter mellom partikler som er mindre enn atomer. Standardmodellen forutsier at utveksling av partikler som kalles [[gaugeboson]]er er den grunnleggende årsak til at krefter frigjøres og absorberes. Bare fire viktigste interaksjoner er kjent, etter avtagende styrke er dette: [[Fargekraft|Sterk]]-, [[Elektromagnetisme|elektromagnetisk]]-, [[Svak kjernekraft|svak]]- og [[Tyngdekraft|gravitasjons]]kraft.<ref name=FeynmanVol1>{{harvnb|Feynman volume 1}}</ref>{{rp|2–10}}<ref name=Kleppner />{{rp|79}} Observasjoner innenfor [[Partikkelfysikk|Høyenergi partikkelfysikk]] som gjort i løpet av 1970 og 1980 bekreftet at de svake og elektromagnetiske krefter er uttrykk for en mer grunnleggende [[elektrosvak vekselvirkning]].<ref name="final theory"/>

Begrepet «kraft» beholder sin mening innenfor kvantemekanikk, selv om en nå arbeider med operatører i stedet for klassiske variabler, og fysikken beskrives av [[Schrödinger-ligning]]en i stedet for [[klassisk mekanikk]]. Dette har den konsekvens at resultatene av en måling nå ofte er «kvantifisert», det vil si at de forekommer i diskrete størrelser. Det er selvsagt vanskelig å tenke seg i forbindelse med krefter. Imidlertid vil potensialet <math>V(x, y, z)</math>, eller [[Felt (fysikk)|felter]], hvorfra de krefter som vanligvis kan utledes vil bli behandlet på lignende måte som klassiske posisjonsvariable, det vil si som <math>V(x,y,z)\to {\hat V}(\hat x,\hat y,\hat z)</math>. Dette blir annerledes bare innenfor rammen av [[kvantefeltteori]], hvor disse feltene også blir kvantifisert.

Allerede i kvantemekanikk er det en «påminnelse», nemlig at de partikler som virker inn på hverandre ikke bare har en romlig variabel, men også en diskret indre [[Drivmoment|dreiemoment-lignende]] variabel kalt ''[[spinn]]'', gitt av [[Paulis eksklusjonsprinsipp]] om rom og spinnvariabler. Avhengig av verdien av spinnet, er identiske partikler delt inn i to ulike klasser, nemlig [[fermion]]er og [[boson]]er. Hvis to identiske fermioner (for eksempel elektroner) har et ''symmetrisk'' spinnfunksjon (for eksempel parallelle spinn) må de romlige variabler være ''asymmetriske''. Det vil si at de utelukker hverandre fra sine plasser, mye som om det var en frastøtende kraft. Vice versa det vil si at for ''antiparallelle spinn'' må ''posisjons variablene'' være symmetrisk (det vil si den tilsynelatende kraften må være tiltrekkende). Således vil det i tilfelle av to fermioner være en strengt negativ korrelasjon mellom romlige- og spinnvariabler, mens for to bosoner (for eksempel kvanter av elektromagnetiske bølger, [[foton]]er) er korrelasjonen strengt positiv. Dermed mister begrepet «kraft» en del av sin mening.

=== Feynman-diagram===
[[Fil:Beta Negative Decay.svg|mini|Feynman-diagram for nedbryting av et nøytron til et proton. [[W- og Z-boson|W-boson]] er mellom to hjørnene indikerer en frastøting.{{byline|Joel Holdsworth}}]]

I moderne [[partikkelfysikk]] er krefter og akselerasjonen av partikler forklart som en matematisk biprodukt ved utveksling av bevegelsesmengde-førende [[Gauge-boson]]er. Med utviklingen av [[kvantefeltteori]] og [[Den generelle relativitetsteorien|generelle relativitet]] ble det innsett at kraft er et overflødig begrep som stammer fra [[Bevegelsesmengde|bevaring av bevegelsesmengde]] (4-bevegelsesmengde) i relativitetsteorien og bevegelsesmengde av [[virtuelle partikkel]]er i [[Kvanteelektrodynamikk]]). Bevaring av bevegelses kan direkte avledes av homogenitet eller [[Symmetri (fysikk)|symmetri]] av [[Rom (fysikk)|rom]] som vanligvis blir ansett som mer fundamental enn konseptet med en kraft. Dermed er de nå kjente [[fundamentalkraft|fundamentalkreftene]] ansett som mer presist å være «fundamentalinteraksjoner».<ref name="final theory">{{cite book|last=Weinberg |first=S. |year=1994 |title=Dreams of a Final Theory |publisher=Vintage Books USA |isbn=0-679-74408-8}}</ref>{{rp|199–128}}

Når partikkel A avgir (skaper) eller absorberer (tilintetgjør) en virtuelle partikkel B, vil bevaring av bevegelsesmengden resulterer i rekylen av partikkel A fører til frastøting eller tiltrekning mellom partiklene A og A' til utveksling av B. Denne beskrivelsen gjelder for alle krefter som oppstår fra fundamentale interaksjoner. Avanserte matematiske beskrivelser er nødvendig for å forutsi fullt ut det  nøyaktig resultat av slike interaksjoner. Derimot er det begrepsmessig enkelt å beskrive slike interaksjoner gjennom bruk av Feynman-diagram. I et Feynman-diagram er hver enkelt  partikkel representert som en rett linje (verdenslinje) som går gjennom tiden, noe som normalt øker opp eller til høyre i diagrammet. Materie og anti-materiepartikler er identiske med unntak av deres forplantningsretning gjennom Feynman-diagrammet. Verdenslinjer av partikler som skjærer hverandre i interaksjonvertikaler, og Feynman-diagrammet representerer en hvilken som helst kraft som oppstår fra en vekselvirkning som forekommer ved toppunktet med en tilhørende umiddelbar endring i retningen av partikkels verdenslinje. Gauge-bosoner emiteres borte fra toppunktet som bølgete linjer, og i tilfelle av virtuelle partikkel utveksling absorberes disse på et tilstøtende toppunkt.<ref name=Shifman>{{cite book |first=Mikhail |last=Shifman |title=ITEP lectures on particle physics and field theory |publisher=World Scientific |year=1999 |isbn=981-02-2639-X}}</ref>

Nytten av Feynman-diagram er at andre typer fysiske fenomener som er en del av det generelle bildet av fundamentalkreftene, men er konseptuelt atskilt fra krefter, også kan beskrives ved hjelp av de samme reglene. For eksempel kan et Feynman-diagram beskrive i konsis detalj hvordan et [[nøytron]] [[Betahenfall|nedbrytes]] til et [[elektron]], [[proton]] og [[nøytrino]], en interaksjon mediert av den samme gauge-bosonet som er ansvarlig for den [[Svak kjernekraft|svake kjernekraften]].<ref name="Shifman"/>