Mums apkārt atrodas ļoti daudz un dažādi ķermeņi, kas sastāv no dažāda veida daļiņām. Gan ķermeņi, gan daļiņas savā starpā nepārtraukti mijiedarbojas, tādā veidā nodrošinot to kārtību pasaulē, pie kuras ikdienā esam pieraduši. Lai gan mijiedarbības starp ķermeņiem un daļiņām izpaužas ar visdažādāko raksturu, kopumā tās var iedalīt 4 veidos, ko sauc par fundamentālajiem spēkiem jeb fundamentālajām mijiedarbībām:
1) Gravitācijas mijiedarbība;
2) Elektromagnētiskā mijiedarība;
3) Stiprā mijiedarbība;
4) Vājā mijiedarbība.
Apskatot uz baļķa sēdošu puisi, kurš palaidis vaļā tenisa bumbiņu (1. att.), pirmajā acu uzmetienā šajā situācija var saskatīt gravitācijas mijiedarbību: Zeme pievelk bumbiņu, baļķi un puisi. Tomēr ja apskatām sīkāk iesaistīto ķermeņu uzbūvi, atklājas arī pārējās mijiedarbības.
1. att. Sēdošs puisis ar tenisa bumbiņu
Gravitācijas mijiedarbības ietekmē, tenisa bumbiņu krīt zemes virzienā (2. att. 1). Puisis, kā jebkurš cits organisms, sastāv no šunām, kas savukārt sastāv no molekulām. Molekulas satur kopā elektromagnētiskā mijiedarbība (2. att. 2). Molekulu uzbūves elementi ir atomi, kam centrā atrodas atoma kodols, kas pakļauts stiprajai mijiedarbībai (2. att. 3). Ja ar kodolu notiek pārvērtības radioaktīvās sabrukšanas ceļā, tad savu artavu ir ieguldījusi vājā mijiedarbība (2. att. 4).
2. att. Četru fundamentālo mijiedarbību izpausme
Fundamentālās mijiedarbības atšķiras gan ar darbības stiprumu, gan arī ar darbības attālumu. Mijiedarbību salīdzinājums pēc šiem raksturlielumiem redzams 3. att.
3. att. Fundamentālo mijiedarbību salīdzinājums
Ķermeņu mijiedarbības raksturošanai izmanto spēku. Spēks ir vektoriāls lielums, tādēļ tam ir gan darbības virziens, gan lielums. Ja basketbolists vēlas bumbu precīzi trāpīt grozā, tad tam uz bumbu ir jāiedarbojas gan ar atbilstošu spēka lielumu, gan virzienu (4. att.).
4. att. Metiens grozā
Gravitācijas mijiedarbība pastāv starp dažādiem ķermeņiem, kuriem piemīt masa. Šī mijiedarbība ir visvājākā no visām, tādēļ ikdienas dzīvē mēs to nesajūtam starp ķermeņiem, kuru masas ir niecīgas, salīdzinājumā ar Zemes masu. Piemēram, šobrīd, sēžot pie datora, gravitācijas mijiedarbības dēļ pie Tevis pievelkas gan dators, gan pele, gan klaviatūra, bet reāli šo pievilkšanos Tu nesajūti, jo tā ir ļoti niecīga. Bet, lai arī ļoti niecīga, tieši gravitācijas mijiedarbība, piemēram, nosaka to, ka pavadoņi kustas ap Zemi (1. att. a) un to, ka ķermeņi krīt virzienā uz Zemes centru. Masīvi debess ķermeņi paši ir pakļaut sevis radītajai gravitācijas mijiedarbībai, tādēļ to forma ir tuvu lodveida (1. att. b). Gravitācijas mijiedarbība darbojas bezgalīgā attālumā, tas nozīmē, ka gan Tu pievelc, gan arī Tevi pievelk attālākās visuma zvaigznes.
1. att. Gravitācijas mijiedarbība darbībā
Elektromagnētiskā mijiedarbība darbojas starp lādētām daļiņām. Šī mijiedarbība satur kopā atomus un molekulas, kas veido mums visapkārt esošos ķermeņus, kā arī nosaka dažādu vielu un materiālu īpašības. Tādu ikdienišķu parādību kā mūzikas klausīšanos (2. att.) nodrošina elektromagnētiskā mijiedarbība, kas skaļrunī iekustina membrānu. Savukār membrāna iekustina gaisa masu, tādējādi radot skaņu. Elektromagnētiskā un gravitācijas mijiedarbības ir atbildīgas par lielāko daļu ikdienas parādību, ko novērojam un ar kurām sastopamies. Elektromagnētiskās mijiedarbība nosaka to, cik materiāls ir elastīgs un izturīgs, to, ka darbojas elektoierīces, kā arī, apsēžoties uz krēsla, elektromagnētiskā mijiearbība attur mūs no iespiešanās krēsla materiāla, tā notur mūs uz virsmas. Līdzīgi kā gravitācijai, arī šīs mijiedarbības darbojas bezgalīgā attālumā.
2. att. Skaļrunis
Stiprā mijiedarbība ir visstiprākā no šobrīd zināmajām mijiedarbībām, kas satur kopā gan atomu kodolu veidojošos protonus un neitronus (3. att.), gan arī protonus un neitronus veidojošās elementārdaļiņas - kvarkus. Lai gan šī mijiedarbības ir 100 reizes spēcīgāka par elektromagnētisko, tā darbojas tikai nelielā rādiusā.
3. att. Atoma kodols
Vājā mijiedarbība nes tādu nosaukumu tādēļ, ka ir daudz vājākā par stipro mijiedarbību un elektromagnētisko mijiedarbību, tomēr tā ir spēcīgaka par gravitācijas mijiedarbību. Šī mijiedarbība darbojas starp noteikta veida elementārdaļiņām, kuras sauc par kvarkiem un leptoniem, un nosaka tādu procesu kā radioaktīvo sabrukšanu, ka arī nodrošina sintēzes reakcijas Saulē (4. att.). Saules siltums nav vienīgais siltums, kas rodas dēļ vājās mijiedarbības un kas ir mums nozīmīgs. Vājā mijiedarbība arī uztur Zemes kodolu karstu, līdz ar to tā ir enerģijas avots vulkāniem, zemestrīcēm un tektonisko plātņu kustībai. Šī mijiedarbība darbojas tikai ļoti mazos attālumos.
4. att. Spīdoša Saule
Atoma kodolā (5. att.) protonus un neitronus satur kopā spēcīgā mijiedarbība, tomēr starp protoniem un neitroniem darbojas arī gravitācijas mijiedarbība, bet tā ir ļoti vāja, līdz ar to neietekmē kodola uzbūvi. Kodolā starp protoniem darbojas eletromagnētiskās mijiedarbība, kuras dēļ tie atgrūžas, bet daudz specīgāka stiprā mijiedarbība satur kodolu kopā, lai tas neizjuktu!
5. att. Atoma kodols
Var teikt, ka pasaulē valda lieliskais fundamentālo mijiedarbību četrinieks (6. att.).
6. att. Lieliskais fundamentālo mijiedarbību četrinieks
Fundamentālās mijiedarbības darbojas dažādos attālumos un ar dažādu stiprumu, tādēļ var iznākt situācija, kāda ir ar protoniem. Protoni ir pozitīvi lādētās daļiņas, tādēļ elektromagnētiskās mijiedarbības dēļ tie atgrūžas. Jo tuvāk divi protoni tiek satuvināti, jo spēcīgāk tie atgrūžas. Bet ja protoni nonāk kodolspēku darbības atālumā, tad tie sāk pievilkties viens pie otra, jo kodolspēku mijiedarbība ņem virsroku pār elektromagnētisko (1. att.).
1. att. Protonu mijiedarbība
Lielā sprādziena teorija (FIZMIX - Visuma rašanās un evolūcija). Uzskata, ka niecīgu daļu pēc Lielā sprādziena jeb aptuveni 10-43 s visas mijiedarbības bija apvienotas vienā (2. att.). Pēc tam vispirms atdalījās gravitācija, tad stiprā mijiedarbība, visbeidzot 10-6 s kopš Lielā sprādziena viena no otras atdalījās elektromagnētiskā un vājā mijiedarbība. Ir vērts arī pievērst uzmanību kāda bija Visuma temperatūra brīžos, kad atdalījās dažādas mijiedarbības (2. att.). Lai gan šie notikumi norisinājās laika sprīdī, kas ir vienā miljona daļa no sekundes, šo notikumu izpratne ir nozīmīga, lai saprastu kā strādā mūsu Visums.
2. att. Fundamentālo mijiedarbību attīstība