¿Las cuatro fuerzas fundamentales tienen efectos en el espacio-tiempo?

Las ondas electromagnéticas (luz) son ondas en el campo electromagnético, en lugar de la métrica del espacio-tiempo.

En cuanto a otras fuerzas que hacen ondas: Cada una de las fuerzas fundamentales tiene una partícula que lleva esa fuerza. Para el electromagnetismo, es el fotón, que es la unidad mínima de energía en una onda electromagnética. De manera similar, un gravitón es la unidad mínima de energía en una onda gravitatoria. Estas son las partículas portadoras de fuerza para EM y gravedad. Los bosones W y Z transportan la fuerza nuclear débil, pero son demasiado pesados ​​e inestables para durar lo suficiente como para identificarlos como una onda. Las fuerzas nucleares son un poco más extrañas que la gravedad y la EM. Diría que no tienen ondas de la misma manera, pero puedes leer más aquí: ondas de fuerza nuclear.

Cualquier masa, en teoría, producirá efectos gravitatorios. El problema que tenemos es que ambos son 1. demasiado pequeños para ser medidos y 2. demasiado débiles para ser notados contra las otras fuerzas. Dejo el fotón fuera de esta respuesta ya que no tiene masa.

Entonces, si tomaste la fuerza relativa de la gravedad como 1, entonces las otras fuerzas son algo así como 10$^{25}$a 10$^{38}$veces más grande.

Pero si una masa produce un efecto gravitacional, se sentirá fuera de su rango "ordinario/normal", ya que los gravitones (que transportan la gravedad) son infinitos en su rango. Pero insisto, es casi seguro que nunca detectaremos un electrón (o la fuerza débil que transporta los bosones W y Z) por sus efectos gravitatorios.

Hay algunos conceptos erróneos en la pregunta, fáciles de tener y una buena pregunta para aclarar el concepto y los problemas. Tenga en cuenta a continuación que, en el análisis final, aún no sabemos por qué la gravedad es tan diferente de las otras fuerzas, pero tenemos algunas ideas.

Las ondas gravitacionales son ondas en el espacio-tiempo, pero cualquier masa-energía que varíe con algún momento cuadrupolar o superior (es decir, no demasiado simétricamente) las causará. La gravedad no causa ondas gravitacionales, es cualquier masa-energía que varíe de cierta manera la que lo hace. Aún así, cualquier masa-energía causará un campo gravitatorio.

La gravedad o un campo gravitatorio, ya sea radiativo, es decir, una onda (normalmente etiquetada como una perturbación que se propaga como 1/r en el campo lejano) o no, es causado por la energía de masa, o más específicamente, el tensor de energía de tensión que incluye todos formas de energía y masa, cantidad de movimiento o presión, y estrés. Cualquier campo de partículas que tenga energía (o cualquiera de esos) causará un campo gravitatorio.

Eso incluye las fuerzas débil y fuerte, o mejor dicho, los campos cuánticos. También, por supuesto, cualquier campo electromagnético. Las fuerzas débiles surgen de un campo, todo parte del campo electrodébil por el que Weinberg y otros obtuvieron el Nobel. Una versión más simple de la ecuación de onda de campo débil es la ecuación de Proca, consulte https://en.m.wikipedia.org/wiki/Proca_action .

La diferencia entre las fuerzas fuertes y débiles y, por ejemplo, las fuerzas electromagnéticas que son de largo alcance, es que estas últimas están mediadas por el fotón sin masa, pero tanto las fuerzas fuertes como las débiles están mediadas por gluones masivos y los bosones W y Z, respectivamente. El rango de las fuerzas, o campos, está básicamente determinado por las masas de los bosones, y es semiproporcional a 1/m. Hay más que interviene, y las dinámicas y simetrías específicas de esos campos se describen mejor a través del modelo estándar de partículas, por ahora (sí, estoy usando fuerzas y campos de manera intercambiable, el campo cuántico son las cosas reales, el fuerzas son una manera fácil de hablar de manera simplista y semiclásica).

Lo anterior cubre sus preguntas 1, 2 y 3, y 5 y 6.

Por 4- ¿Por qué la gravedad actúa de esa manera? No es la forma en que actúa, es lo que es. La gravedad es el efecto de la curvatura del espacio-tiempo, y la percibimos como fuerzas y ondas gravitatorias. Se crea, por el principio de equivalencia, por cualquier masa-energía. Se llegó a las ecuaciones de campo de Einstein como la forma más sencilla de tener la gravitación, en una teoría que es válida en cualquier marco de referencia y se reduce a las ecuaciones de Newton en el límite del campo débil, todo sin tener en cuenta ningún efecto cuántico. . Se ha encontrado que todas sus predicciones medidas son las previstas. Incluye efectos nunca imaginados como la expansión del universo y los agujeros negros, así como otros más convencionales como una pequeña desviación de las órbitas del newtoniano puro (el avance del perihelio de Mercurio), lentes de luz en un campo gravitatorio, y otros. Las otras fuerzas son cosas diferentes, campos cuánticos que interactúan y cuyos cuantos son los bosones que transportan la fuerza y ​​los fermiones que interactúan con ellos. No surgen, como lo vemos ahora, alterando el espacio-tiempo (pero vea la teoría de cuerdas más adelante).

Para 4a: ¿por qué la gravedad es única de esa manera? nadie lo sabe todavía, no se ha formulado una teoría cuántica de la gravedad que haya sido aceptada, aunque hay muchos intentos e investigaciones al respecto, incluida la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles. La teoría de cuerdas dice que todas las fuerzas son efectos de cuerdas, y la gravedad es únicamente el caso del giro 2. Todas las demás fuerzas son de espín 1, y luego la partícula de Higgs aparentemente de espín 0 que conduce a la masa de las partículas elementales. La gravedad parece ser única por el principio de equivalencia (con efecto, por esto, de que cualquier energía o masa gravita), y que es espín 2, que significa atractivo para energía y presión positivas). Y estoy seguro más de que simplemente no sabemos