به طور دقیق چند نوع نیرو وجود دارد؟

درک کنونی ما این است که همه‌ی نیروها نمودهایی هستند از تنها چهار دسته‌ی متمایز از نیروها یا بر هم کنش‌های بنیادی بین ذره‌ها. با دو دسته از این نیروها در تجربه‌های هر روزه آشنا هستیم. دو دسته‌ی دیگر به بر هم کنش‌های بین ذره‌های زیر اتمی مربوط می‌شوند که آن‌ها را با حواس غیرمسلح نمی‌توانیم مشاهده کنیم.

 بر هم کنش‌های گرانشی شامل نیروی آشنای وزن شماست  که از ربایش گرانشی‌ای که زمین بر شما وارد می‌کند ناشی می‌شود. ربایش گرانشی متقابل بین بخش‌های مختلف زمین بر یک‌دیگر ، عاملی است که سیاره‌ی ما را گرد هم نگه داشته است .

   

نیوتون دریافت که ربایش گرانشی خورشید بر زمین زمین را در مدار تقریباً دایره‌ای آن به گِرد خورشید نگه می‌دارد. بر هم کنش‌های گرانشی نقش اساسی در حرکت سیاره‌ها و ماهواره‌ها دارند.

   

 دسته‌ی آشنای دوم از نیروهای یعنی بر هم کنش‌های الکترومغناطیسی شامل نیروهای الکتریکی و مغناطیسی‌اند. اگر شانه‌ای را درون موهای خود بکشید شانه بار الکتریکی پیدا می‌کند ؛ می‌توانید با نیروی الکتریکی‌ای که توسط این بار وارد می‌شود تکه‌های کوچک کاغذ را بلند کنید. همه‌ی اتم‌ها بار الکتریکی مثبت و منفی دارند. در نتیجه اتم‌ها و مولکول‌ها می‌توانند نیروهای الکتریکی بر یک‌دیگر وارد کنند.

نیروهای تماسی شامل نیروی عمودی ، اصطکاک و مقاومت شاره ترکیبی از همه‌ی نیروهایی هستند که بر اتم‌های یک جسم توسط اتم‌های محیط اطراف آن وارد می‌شود. نیروهای مغناطیسی مانند نیروی بین آهن‌رباها یا نیروی بین یک آهن‌ربا و یک قطعه‌ی آهن در واقع از حرکت بارهای الکتریکی ناشی می‌شوند. برای مثال یک آهن‌ر‌بای الکتریکی به این دلیل موجب بر هم کنش‌های مغناطیسی می‌شود که بارهای الکتریکی درون سیم‌های آن حرکت می‌کنند.

 

نیروهای گرانشی در مقیاس اتمی یا مولکولی نقشی ندارند زیرا نیروهای الکتریکی فوق‌العاده قوی‌ترند : رانش الکتریکی بین دو پروتون حدود  بار قوی‌تر از ربایش گرانشی بین آن‌هاست. اما در جسم‌هایی با اندازه‌های نجومی ، بارهای مثبت و منفی به طور معمول تقریباً به یک اندازه حضور دارند و بر هم کنش‌های الکتریکی حاصل از آن‌ها تقریباً یک‌دیگر را حذف می‌کنند. بنابراین بر هم کنش‌های گرانشی در حرکت سیاره‌ها و در ساختار داخلی ستاره‌ها تأثیر برتر را دارند.

 دو دسته‌ی دیگر بر هم کنش‌ها کم‌تر آشنا هستند. بر هم کنش قوی مسئول نگه داشتن هسته‌ی اتم به گرد هم است. هسته‌ها شامل نوترون‌های از نظر الکتریکی خنثی و پروتون‌های با بار مثبت‌اند. نیروی الکتریکی بین پروتون‌های باردار سعی در هل دادن آن‌ها به دور از یک‌دیگر دارد. نیروی ربایشی قوی بین ذره‌های هسته‌ای با این رانش مقابله می‌کند و هسته را پایدار می‌سازد. در این زمینه بر هم کنش قوی را نیروی هسته‌ای قوی نیز می‌نامند. این نیرو برد بسیار کوتاه‌تری از بر هم کنش‌های الکتریکی دارد ولی در گستره‌ی برد خود بسیار قوی‌تر است. بر هم کنش قوی در واکنش‌های گرما هسته‌ای که در مغز خورشید صورت می‌گیرند و گرما و نور خورشید را تولید می‌کنند نقشی اساسی دارند .

 سرانجام بر هم کنش ضعیف است. برد این بر هم کنش آن قدر کوتاه است که این نیرو تنها در مقیاس هسته‌ای یا کوچک‌تر نقش دارد. بر هم کنش ضعیف مسئول صورت متداولی از پرتوزایی به نام واپاشی‌بتازاست که در آن یک نوترون در یک هسته‌ی پرتوزا با بیرون اندازی یک الکترون و یک ذره‌ی تقریباً بدون جرم به نام پادنوترینو به یک پروتون تبدیل می‌شود. بر هم کنش ضعیف بین پادنوترینو و ماده‌ی معمولی آن قدر ناچیز است که یک پادنوترینو می‌تواند به سادگی در یک دیوار سربی به ضخامت یک میلیون کیلومتر نفوذ کند! با این همه هنگامی که یک ستاره‌ی غول‌آسا انفجار فاجعه‌آمیزی پیدا می‌کند که آن را ابر نواختر می‌نامند ، بیش‌ترین انرژی از طریق بر هم کنش ضعیف آزاد می‌شود .

 فیزیکدانان در سال 1339/1960 نظریه‌ای را گسترش دادند که بر هم کنش‌های الکترومغناطیسی و ضعیف را به صورت جنبه‌هایی از یک تک بر هم کنش الکتروضعیف توصیف می‌کرد. این نظریه هر آزمون تجربی را که در مورد آن اعمال شده با موفقیت گذرانده است. فیزیکدانان با جسارتی که از موفقیت این نظریه به دست آوردند اقدام‌های مشابهی برای توصیف بر هم کنش‌های قوی ، الکترومغناطیسی و ضعیف بر حسب یک تک نظریه‌ی وحدت بزرگ یا GUT انجام داده‌اند و قدم‌هایی در جهت وحدت احتمالی تمام بر هم کنش‌ها در یک نظریه‌ی همه چیز یا TOE برداشته‌اند. چنین نظریه‌هایی هنوز در حال گمانه زنی است و پرسش‌های بی‌پاسخ زیادی در این زمینه‌ی بسیار فعال از پژوهش‌های جاری وجود دارد.