Основата на Вселената
Какви сили познавате? Гравитация, напрежение на конеца, компресия на пружината, сблъсъци на тела,
Струва си да се има предвид, че днес съществуването на четири основни взаимодействия (без да се брои полето на Хигс) е надеждно известно:
Гравитация - гравитационно взаимодействие
Гравитацията е привличането между двамаобекти, които имат маса или енергия. Всеки е наблюдавал това фундаментално влияние и благодарение на него човек може да седи, да стои или да лежи. Гравитационната сила се проявява в падането на камък от скала; движението на планетата около звездата; морските приливи, за които е отговорна Луната. Гравитацията е най-интуитивната и позната от основните сили, но не е най-лесната за обяснение.
Исак Нютон е първият, който предлага идеятагравитация, за която се предполага, че е вдъхновена от ябълка, падаща от дърво. Той го описа като буквално привличане между два обекта. Векове по-късно Алберт Айнщайн предложи в своята обща теория на относителността (ОТО), че гравитацията не е привличане или сила. Вместо това, това е следствие от обектите, които огъват пространство-времето. Големият обект работи с пространство-времето почти по същия начин, както голяма топка, поставена в средата на лист хартия, засяга този материал, деформирайки го и карайки други, по-малки обекти на листа да паднат към средата.
Законът за всеобщата гравитация
Въпреки че гравитацията държи планетите заедно,звезди, слънчеви системи и дори галактики, тя се оказва най-слабата от фундаменталните сили, особено на молекулярно и атомно ниво. Помислете за това по следния начин: колко трудно е да свалите топката от земята? Или да си вдигнеш крака? Или скок? Всички тези действия противодействат на гравитацията на цялата Земя. А на молекулярно и атомно ниво гравитацията няма почти никакъв ефект върху други фундаментални сили.
Слаба сила и разпад на частиците
Слабата сила или слабата ядрена сила,е отговорен за разпадането на частиците. Това е буквалното преобразуване на един вид субатомни частици в друг. Например, неутрино, отклоняващо се от неутрон, може да превърне неутрон в протон, а неутрино в електрон.
Физиците описват това взаимодействие чрез обменбозони. Тези частици, носещи сила, а именно някои от техните видове, са отговорни за слабата сила, електромагнитната сила и силната сила. В слабата сила бозоните са заредени частици, наречени W и Z бозони. Когато субатомните частици - протони, неутрони и електрони - са в рамките на 10 до 18 метра (0,1% от диаметъра на протона) една от друга, те могат да обменят тези бозони. В резултат на това субатомните частици се разпадат на нови частици.
Слабото свързване е критично зареакции на ядрен синтез. Те захранват Слънцето и произвеждат енергията, необходима за повечето форми на живот тук на Земята. Между другото, затова археолозите използват въглерод-14, за да определят възрастта на древни кости, дърво и други живи преди това артефакти. Въглерод-14 има шест протона и осем неутрона. Един от тези неутрони се разпада на протон, за да образува азот-14, който има седем протона и седем неутрона. Това разпадане се случва с предвидима скорост, което позволява на учените да определят възрастта на артефактите.
Електромагнитна сила
Действа електромагнитна сила (сила на Лоренц)между заредени частици - отрицателно заредени електрони и положително заредени протони. Противоположните заряди се привличат един друг, докато идентичните заряди се отблъскват. Колкото повече заряд, толкова повече мощност. И подобно на гравитацията, тази сила може да се усети.
Както подсказва името, електромагнитна силасе състои от две части: електрическа сила и магнитна сила. Отначало физиците описват тези сили отделно една от друга, но по-късно осъзнават, че те са компоненти на една.
Електрическият компонент действа междузаредени частици, независимо дали се движат или не, създавайки поле. С него таксите могат да си влияят взаимно. Но веднага щом започнат да се движат, тези заредени частици проявяват и втория компонент - магнитната сила. Когато се движат, те създават магнитно поле около себе си. Следователно, когато електроните проникнат в проводника, например за зареждане на компютър или телефон или включване на телевизор, проводникът става магнитен.
Между тях се предават електромагнитни силизаредени частици чрез обмен на безмасови, носещи сила бозони - фотони, които също са частици светлина. Фотоните, носещи сила, обаче са друга тяхна проява. Според университета в Тенеси в Ноксвил те са виртуални и неоткриваеми, въпреки че технически те са същите частици като истинската и откриваема версия на фотоните.
Електромагнитната сила е отговорна за някоиот най-често срещаните явления: триене, еластичност, нормална сила и силата, задържаща твърдите тела в дадена форма. Тя дори е отговорна за съпротивата, с която се сблъскват например птиците и самолетите. Това се дължи на взаимодействието на заредени (или неутрални) частици помежду си. Например нормалната сила, която държи книга на маса (вместо гравитацията да дърпа книгата на земята), е следствие от електроните в атомите на масата, отблъскващи електроните в атомите на книгата.
Силна сила - трилиони трилиони трилиони по-силни от гравитацията
Силна ядрена сила или силна ядрена силавзаимодействието е най-мощната от четирите основни природни сили. Според HyperPhysics това е 6 хиляди трилиона трилиона трилиона (това е 39 нули след 6) пъти по-силно от гравитацията. Това е така, защото свързва основните частици на материята заедно, за да образуват по-големи частици. Той държи заедно кварките, които изграждат протони и неутрони, а част от силната сила също държи заедно протоните и неутроните на атомното ядро.
Като слаба сила, силнавзаимодействието работи само когато субатомните частици са много близо една до друга. Те трябва да са някъде в рамките на 10-15 метра един от друг (приблизително в диаметъра на протон).
Въпреки това, силното взаимодействие може да се нарече"странно". Факт е, че за разлика от други фундаментални сили, тя става по-слаба, когато субатомните частици се приближават една към друга. Както пишат изследователите на Fermilab, силното взаимодействие достига максималната си „сила“, когато частиците са възможно най-далеч една от друга. Веднъж попаднали в обхвата, безмасовите заредени бозони - глуони - предават силната сила между кварките и ги държат "залепени заедно". Малка част от силната сила - остатъчната силна сила - действа между протоните и неутроните. Протоните в ядрото се отблъскват взаимно поради сходния им заряд, но остатъчна силна сила може да преодолее този процес. Ето защо частиците остават свързани заедно в ядрото на атома.
Голямото обединение и теория на всичко
Нерешеният въпрос на четиримафундаменталните сили е дали те наистина са проявление на единствената велика сила във Вселената. Ако това е така, всеки от тях трябва да може да се слее с останалите и вече има доказателства, че могат.
Физиците Шелдън Глашоу и Стивън Уайнбърг отХарвардският университет с Абдус Салам от Имперския колеж в Лондон получи Нобелова награда за физика през 1979 г. за комбиниране на електромагнитната сила със слаба сила, за да формира концепцията за електрослабата сила. Физиците, работещи по създаването на теорията за Великото обединение, се стремят да комбинират електрослабото взаимодействие със силното, за да определят електронно-ядреното. Преди това беше предсказано от модели, но все още не е наблюдавано. Последното парче от пъзела ще изисква комбиниране на гравитацията с електронно-ядрена сила, за да се разработи теория за всичко - основата, която може да обясни цялата Вселена.
Физиците обаче се оказаха доста трудни за комбиниранемикроскопичен свят с макроскопичен. В голям и особено астрономически мащаб гравитацията доминира и е най-добре описана от общата теория на относителността на Айнщайн. Но на молекулярно, атомно или субатомно ниво квантовата механика най-добре описва природния свят. И досега никой не е измислил добър начин да обедини тези два свята.
Прочетете още
Създадена е първата точна карта на света. Какво не е наред с всички останали?
Уран е получил статута на най-странната планета в Слънчевата система. Защо?
НАСА разказа как ще доставят проби от Марс на Земята
Полето на Хигс осигурява спонтанно нарушениесиметрия на електрослабите взаимодействия поради нарушаване на вакуумната симетрия, кръстена на разработчика на нейната теория, британския физик Питър Хигс. Квантът на това поле е частицата на Хигс (Хигс бозон).
W- и Z-бозони - основни частици,носители на слабо взаимодействие. Откритието им се счита за един от големите успехи на Стандартния модел на физиката на частиците. W-частицата е кръстена на първата буква от името на взаимодействието - слабо взаимодействие
Въглерод-14 е радиоактивен нуклид на химичния елемент въглерод с атомно число 6 и масово число 14.
Азотните изотопи са разновидности на химичните атомиелемент азот, имащ различно съдържание на неутрони в ядрото. Естественият азот се състои от два стабилни изотопа ¹⁴N и ¹⁵N с атомни концентрации съответно 0,99636 и 0,00364.
Неутралната частица е елементарна частица, а неимащи електрически заряд. Неутралните частици включват например фотон, неутрон, неутрино. Неутралните частици обаче могат да имат магнитен момент и електрически моменти с по-висока мултиполярност, например квадруполен момент.
Силата на нормалната реакция е сила, въздействаща върхутялото от страната на опората и насочено перпендикулярно на контактната повърхност. Разпределени по площта на контактната зона. Да се вземат предвид при анализ на динамиката на движението на тялото. Фигури в закона на Амонтън-Кулон.