Text: Alexander Stirn und Martin Scheufens
Fast alles, was auf der Erde und im Universum passiert, wird durch vier grundlegende Kräfte verursacht. Die Schwerkraft ist die bekannteste unter ihnen. Doch einige wenige Phänomene – etwa die Dunkle Materie und die Dunkle Energie – lassen sich bislang nicht durch die bekannten Kräfte erklären. Gibt es im Universum also noch eine fünfte Kraft?
Doch welche Kräfte sind bislang überhaupt bekannt?
1. Elektromagnetische Kraft
Wenn das Licht angeht, wenn Magnete haften und wenn das Smartphone Daten empfängt, sind elektromagnetische Effekte am Werk. Die Bedeutung der Kraft für unseren Alltag ist aber noch weit größer: Sie bestimmt, was in der Hülle eines Atoms passiert, wie sich dadurch Atome verbinden, Moleküle, Kristalle, Festkörper und Flüssigkeiten bilden. Warum der Fußboden hart ist und der Vorhang weich, erklärt sich letztlich durch die positiven und negativen elektrischen Ladungen in den Atomen, die einander abstoßen. Die elektromagnetische Kraft erschafft zudem noch etwas ganz Fundamentales: das Licht. Es entsteht bei einer Beschleunigung elektrischer Ladung.
2. Starke Kraft
Während der Elektromagnetismus die Atomhülle beeinflusst, prägt die Starke Kraft den Atomkern. Dessen positiv geladene Protonen stoßen sich eigentlich elektromagnetisch ab. Dass sie trotzdem zusammenhalten, ist das Verdienst der Starken Kernkraft. Protonen und Neutronen bestehen aus Quarks. Die Starke Kraft sorgt dafür, dass sich die Quarks zu den Kernteilchen zusammenschließen. Durch eine Art überschüssige Kraft können dann aber auch Protonen und Neutronen untereinander kleben. Das Besondere an der Starken Kraft: Sie wirkt nur auf die richtige Distanz, ansonsten kann sie sogar abstoßend wirken. So hält sie die Kernteilchen im perfekten Abstand.
3. Schwache Kraft
Sie ist die wohl seltsamste aller Kräfte, denn sie entspricht so gar nicht unserer alltäglichen Vorstellung, nach der eine Kraft zwar zieht oder drückt, aber die Materie an und für sich nicht verändert. Anders die Schwache Kernkraft: Sie bewirkt, dass sich die grundlegenden Bausteine der Natur ineinander umwandeln, etwa Neutronen in Protonen. Dadurch verursacht sie auch den radioaktiven Zerfall bestimmter Atome, genauer den Betazerfall. So alltagsfern die Kraft klingt, so bedeutsam ist sie für uns alle: Die Schwache Kraft ermöglicht erst die Kernfusion, die die Sonne leuchten und das Leben auf der Erde gedeihen lässt.
4. Schwerkraft
Die Gravitation sorgt dafür, dass alle Objekte mit Masse einander anziehen. Das bedeutet: Alle Mitmenschen, ja jeder Radiergummi ziehen uns an. Spüren tun wir jedoch nur die Erdanziehung, die uns Gewicht verleiht. Die bekannteste aller Kräfte ist nämlich auch die schwächste.
Im atomaren Bereich, in Konkurrenz mit anderen Kräften, ist sie quasi wirkungslos. Weil sie aber auch über weite Strecken wirkt, prägt sie fast im Alleingang das Universum im Großen. Sie hält das Sonnensystem zusammen, bringt Licht vom Weg ab, lässt Schwarze Löcher entstehen und drückt das Gas der Sonne so weit zusammen, dass das Sonnenfeuer überhaupt zünden kann.
Neben diesen vier suchen Forscher nach einer weiteren Kraft. Einige glauben sogar, sie bereits entdeckt zu haben. Vom Geheimnis der fünften Kraft und der Suche der Forscher lesen Sie in der neuen P.M. Ausgabe 10/2020.
