Základ vesmíru
Jaké znáš síly? Gravitace, napětí nitě, stlačení pružiny, kolize těles,
Stojí za zvážení, že dnes je spolehlivě známa existence čtyř základních interakcí (nepočítaje Higgsovo pole):
Gravitace – gravitační interakce
Gravitace je přitažlivost mezi dvěmapředměty, které mají hmotnost nebo energii. Tento zásadní vliv vypozoroval každý a člověk díky němu může sedět, stát i ležet. Gravitační síla se projevuje pádem kamene z útesu; pohyb planety kolem hvězdy; mořské přílivy, za které je zodpovědný Měsíc. Gravitace je nejintuitivnější a nejznámější ze základních sil, přesto není nejjednodušší ji vysvětlit.
Isaac Newton byl první, kdo tuto myšlenku navrhlgravitace, údajně inspirovaná jablkem padajícím ze stromu. Popsal to jako doslova přitažlivost mezi dvěma objekty. O staletí později Albert Einstein ve své obecné teorii relativity (GR) navrhl, že gravitace není přitažlivost ani síla. Místo toho je to důsledek ohýbání časoprostoru objektů. Velký objekt pracuje s časoprostorem v podstatě stejným způsobem, jako velká koule umístěná uprostřed listu papíru ovlivňuje tento materiál, deformuje jej a způsobuje, že jiné, menší objekty na listu padají směrem ke středu.
Zákon univerzální gravitace
Přestože gravitace drží planety pohromadě,hvězdy, sluneční soustavy a dokonce i galaxie, ukazuje se, že je nejslabší ze základních sil, zejména na molekulární a atomové úrovni. Přemýšlejte o tom takto: jak těžké je dostat míč ze země? Nebo zvednout nohu? Nebo skočit? Všechny tyto akce působí proti gravitaci celé Země. A na molekulární a atomové úrovni nemá gravitace téměř žádný vliv na ostatní základní síly.
Slabá síla a rozpad částic
Slabá síla, nebo slabá jaderná síla,je zodpovědný za rozpad částic. Jedná se o doslovnou transformaci jednoho typu subatomární částice na jiný. Například neutrino odchylující se od neutronu může proměnit neutron v proton a neutrino v elektron.
Fyzici popisují tuto interakci prostřednictvím výměnybosony. Tyto částice přenášející sílu, jmenovitě některé jejich typy, jsou zodpovědné za slabou sílu, elektromagnetickou sílu a silnou sílu. Při slabé síle jsou bosony nabité částice zvané W a Z bosony. Když jsou subatomární částice – protony, neutrony a elektrony – ve vzdálenosti 10 až 18 metrů (0,1 % průměru protonu) od sebe, mohou si tyto bosony vyměnit. V důsledku toho se subatomární částice rozpadají na částice nové.
Slabá vazba je proreakce jaderné fúze. Jsou to, co pohání Slunce a produkuje energii potřebnou pro většinu forem života zde na Zemi. Mimochodem, to je důvod, proč archeologové používají uhlík-14 k určení stáří starověkých kostí, dřeva a dalších dříve žijících artefaktů. Uhlík-14 má šest protonů a osm neutronů. Jeden z těchto neutronů se rozpadá na proton za vzniku dusíku-14, který má sedm protonů a sedm neutronů. K tomuto rozpadu dochází předvídatelnou rychlostí, což umožňuje vědcům určit stáří artefaktů.
Elektromagnetická síla
Elektromagnetická síla (Lorentzova síla) působímezi nabitými částicemi - záporně nabité elektrony a kladně nabité protony. Opačné poplatky se přitahují, zatímco identické poplatky odpuzují. Čím více nabití, tím více energie. A jako gravitace lze tuto sílu cítit.
Jak název napovídá, elektromagnetická sílasestává ze dvou částí: elektrické síly a magnetické síly. Nejprve fyzici popsali tyto síly odděleně od sebe, ale později si uvědomili, že jsou složkami jedné.
Elektrická součást působí mezinabité částice, bez ohledu na to, zda se pohybují nebo ne, vytvářejí pole. Díky tomu se poplatky mohou navzájem ovlivňovat. Jakmile se však začnou pohybovat, vykazují tyto nabité částice také druhou složku - magnetickou sílu. Když se pohybují, vytvářejí kolem sebe magnetické pole. Proto, když elektrony proniknou vodičem, například k nabití počítače nebo telefonu nebo k zapnutí televize, vodič se stane magnetickým.
Mezi nimi se přenášejí elektromagnetické sílynabité částice výměnou nehmotných bosonů nesoucích sílu - fotonů, které jsou také částicemi světla. Fotony, které nesou sílu, jsou však jejich dalším projevem. Podle University of Tennessee v Knoxville jsou virtuální a nedetekovatelné, i když technicky jsou to stejné částice jako skutečná a zjistitelná verze fotonů.
Za některé je zodpovědná elektromagnetická sílanejběžnějších jevů: tření, pružnost, normální síla a síla, která drží pevné látky pohromadě v daném tvaru. Je dokonce zodpovědná za odpor, kterému čelí například ptáci a letadla. To je způsobeno vzájemnou interakcí nabitých (nebo neutrálních) částic. Například normální síla, která drží knihu na stole (namísto gravitace přitahující knihu k zemi) je způsobena skutečností, že elektrony v atomech tabulky odpuzují elektrony v atomech knihy.
Silná síla - biliony bilionů bilionů silnější než gravitace
Silná jaderná síla nebo silná jaderná energieinterakce je nejmocnější ze čtyř základních přírodních sil. Podle HyperPhysics je to 6 tisíc bilionů bilionů bilionů (to je 39 nul po 6) krát silnějších než gravitace. Je to proto, že spojuje základní částice hmoty dohromady a vytváří větší částice. Drží pohromadě kvarky, které tvoří protony a neutrony, a část silné síly také drží pohromadě protony a neutrony atomového jádra.
Jako slabá síla, silnáinterakce funguje, pouze když jsou subatomární částice velmi blízko u sebe. Měly by být někde mezi 10-15 metry od sebe (zhruba v průměru protonu).
Silnou interakci však lze nazvat"podivný". Faktem je, že na rozdíl od jiných základních sil slábne, když se k sobě subatomární částice přibližují. Jak píší výzkumníci z Fermilabu, silná interakce dosahuje své maximální „síly“, když jsou částice co nejdále od sebe. Jakmile jsou v dosahu, bezhmotné nabité bosony – gluony – přenášejí silnou sílu mezi kvarky a udržují je „přilepené k sobě“. Mezi protony a neutrony působí nepatrný zlomek silné síly – zbytková silná síla. Protony v jádře se navzájem odpuzují kvůli svému podobnému náboji, ale zbytková silná síla může tento proces překonat. To je důvod, proč částice zůstávají svázané v jádře atomu.
Velké sjednocení a teorie všeho
Nevyřešený problém čtyřzákladními silami je, zda jsou skutečně projevem jediné velké síly ve vesmíru. Pokud tomu tak je, každý z nich by měl být schopen splynout s ostatními a již existují důkazy, že mohou.
Fyzici Sheldon Glashow a Steven Weinberg zHarvardská univerzita s Abdusem Salamem z Imperial College v Londýně obdrželi v roce 1979 Nobelovu cenu za fyziku za kombinaci elektromagnetické síly se slabou silou, aby vytvořil koncept elektroslabé síly. Fyzici pracující na vytvoření teorie Velkého sjednocení se snaží spojit elektroslabou interakci s tou silnou, aby určili elektronově-jadernou. To bylo dříve předpovězeno modely, ale dosud nebylo pozorováno. Poslední část skládačky by vyžadovala kombinaci gravitace s elektronově-jadernou silou, aby se vyvinula teorie všeho - základ, který by mohl vysvětlit celý vesmír.
Fyzici však považovali za obtížné kombinovatmikroskopický svět s makroskopickým. Ve velkém a zejména astronomickém měřítku dominuje gravitace, kterou nejlépe popisuje Einsteinova obecná teorie relativity. Ale na molekulární, atomové nebo subatomární úrovni kvantová mechanika nejlépe popisuje přírodní svět. A dosud nikdo nepřišel s dobrým způsobem, jak tyto dva světy spojit.
Přečtěte si více
Byla vytvořena první přesná mapa světa. Co se děje s ostatními?
Uran získal status nejpodivnější planety ve sluneční soustavě. Proč?
NASA řekla, jak budou dodávat vzorky Marsu na Zemi
Higgsovo pole poskytuje spontánní porušenísymetrie elektroslabých interakcí v důsledku porušení vakuové symetrie, pojmenovaná podle vývojáře její teorie, britského fyzika Petera Higgsa. Kvantem tohoto pole je Higgsova částice (Higgsův boson).
W- a Z-bosony - základní částice,nositelé slabé interakce. Jejich objev je považován za jeden z hlavních úspěchů standardního modelu částicové fyziky. W-částice je pojmenována podle prvního písmene názvu interakce - slabá interakce
Uhlík-14 je radioaktivní nuklid chemického prvku uhlík s atomovým číslem 6 a hmotnostním číslem 14.
Izotopy dusíku jsou různé chemické atomyprvek dusík, který má odlišný obsah neutronů v jádru. Přírodní dusík se skládá ze dvou stabilních izotopů ⁴ N a ⁵⁵N s atomovými koncentracemi 0,99636, respektive 0,00364.
Neutrální částice je elementární částice, nikolis elektrickým nábojem. Neutrální částice zahrnují například foton, neutron, neutrino. Neutrální částice však mohou mít magnetický moment a elektrické momenty s vyšší multipolaritou, například kvadrupólový moment.
Síla normální reakce je síla působící natělo ze strany podpěry a směřující kolmo na kontaktní plochu. Distribuováno přes oblast kontaktní zóny. Je třeba vzít v úvahu při analýze dynamiky pohybu těla. Údaje v zákoně Amonton-Coulomb.