Grundlaget for universet
Hvilke kræfter kender du? Tyngdekraft, trådspænding, fjederkompression, kropskollisioner,
Det er værd at overveje, at i dag er eksistensen af fire fundamentale interaktioner (ikke medregnet Higgs-feltet) pålideligt kendt:
Tyngdekraft - tyngdekraftsinteraktion
Tyngdekraften er tiltrækningen mellem togenstande, der har masse eller energi. Alle har observeret denne grundlæggende indflydelse, og takket være den kan en person sidde, stå eller ligge ned. Tyngdekraften viser sig i faldet af en sten fra en klippe; planetens bevægelse omkring stjernen; havvande, som månen er ansvarlig for. Tyngdekraften er den mest intuitive og velkendte af de grundlæggende kræfter, men alligevel er den ikke den nemmeste at forklare.
Isaac Newton var den første, der foreslog ideentyngdekraften, angiveligt inspireret af et æble, der falder fra et træ. Han beskrev det som en bogstavelig tiltrækning mellem to objekter. Århundreder senere foreslog Albert Einstein i sin generelle relativitetsteori (GR), at tyngdekraften ikke er en tiltrækning eller en kraft. I stedet er det en konsekvens af, at objekter bøjer rumtiden. En stor genstand arbejder med rum-tid på nogenlunde samme måde, som en stor kugle placeret i midten af et ark papir påvirker dette materiale, deformerer det og får andre, mindre objekter på arket til at falde mod midten.
Loven om universel tyngdekraft
Selvom tyngdekraften holder planeterne sammen,stjerner, solsystemer og endda galakser, viser det sig at være den svageste af de grundlæggende kræfter, især på molekylært og atomært niveau. Tænk over det på denne måde: hvor svært er det at få bolden væk fra jorden? Eller hæve benet? Eller hoppe? Alle disse handlinger modvirker hele Jordens tyngdekraft. Og på det molekylære og atomare niveau har tyngdekraften næsten ingen effekt på andre fundamentale kræfter.
Svag kraft og partikelhenfald
Den svage kraft eller svage kernekraft,er ansvarlig for partiklernes henfald. Dette er den bogstavelige transformation af en type subatomare partikel til en anden. For eksempel kan en neutrino, der afviger fra en neutron, forvandle en neutron til en proton og en neutrino til en elektron.
Fysikere beskriver denne interaktion gennem en udvekslingbosoner. Disse kraftbærende partikler, nemlig nogle af deres typer, er ansvarlige for den svage kraft, elektromagnetiske kraft og stærke kraft. I den svage kraft er bosonerne ladede partikler kaldet W- og Z-bosoner. Når subatomære partikler - protoner, neutroner og elektroner - er inden for 10 til 18 meter (0,1 % af en protons diameter) fra hinanden, kan de udveksle disse bosoner. Som et resultat bryder subatomære partikler op til nye partikler.
Svag kobling er kritisk fornukleare fusionsreaktioner. Det er dem, der driver Solen og producerer den energi, der er nødvendig for de fleste former for liv her på Jorden. Forresten er det derfor, arkæologer bruger kulstof-14 til at bestemme alderen på gamle knogler, træ og andre tidligere levende artefakter. Carbon-14 har seks protoner og otte neutroner. En af disse neutroner henfalder til en proton og danner nitrogen-14, som har syv protoner og syv neutroner. Dette henfald sker med en forudsigelig hastighed, som gør det muligt for forskere at bestemme alderen på artefakter.
Elektromagnetisk kraft
Elektromagnetisk kraft (Lorentz-kraft) virkermellem ladede partikler - negativt ladede elektroner og positivt ladede protoner. Modsatte afgifter tiltrækker hinanden, mens identiske afgifter afviser. Jo mere opladning, jo mere strøm. Og ligesom tyngdekraften kan denne kraft mærkes.
Som navnet antyder, elektromagnetisk kraftbestår af to dele: elektrisk kraft og magnetisk kraft. Først beskrev fysikerne disse kræfter adskilt fra hinanden, men indså senere, at de er komponenter i en.
Den elektriske komponent fungerer imellemladede partikler, uanset om de bevæger sig eller ej, skaber et felt. Med det kan afgifter påvirke hinanden. Men så snart de begynder at bevæge sig, udviser disse ladede partikler også den anden komponent - magnetisk kraft. Når de bevæger sig, skaber de et magnetfelt omkring dem. Derfor, når elektroner trænger ind i ledningen for f.eks. At oplade en computer eller telefon eller tænde et tv, bliver ledningen magnetisk.
Elektromagnetiske kræfter transmitteres imellemladede partikler gennem udveksling af masseløse, kraftbærende bosoner - fotoner, som også er lyspartikler. Imidlertid er fotoner, der bærer kraft, en anden manifestation af dem. Ifølge University of Tennessee i Knoxville er de virtuelle og ikke detekterbare, skønt de teknisk set er de samme partikler som den rigtige og detekterbare version af fotoner.
Elektromagnetisk kraft er ansvarlig for nogleaf de mest almindelige fænomener: friktion, elasticitet, normal kraft og kraften, der holder faststoffer sammen i en given form. Hun er endda ansvarlig for den modstand, for eksempel fugle og fly står over for. Dette skyldes interaktionen mellem ladede (eller neutrale) partikler med hinanden. For eksempel er den normale kraft, der holder en bog på et bord (i stedet for tyngdekraften, der trækker bogen til jorden), en konsekvens af, at elektronerne i bordets atomer frastøder elektronerne i bogens atomer.
Stærk kraft - billioner billioner billioner stærkere end tyngdekraften
Stærk atomkraft eller stærk atomkraftinteraktion er den mest magtfulde af de fire grundlæggende naturkræfter. Ifølge HyperPhysics er dette 6 tusind billioner billioner billioner (det er 39 nuller efter 6) gange stærkere end tyngdekraften. Dette skyldes, at det binder grundlæggende partikler af stof sammen for at danne større partikler. Det holder sammen kvarkerne, der udgør protoner og neutroner, og en del af den stærke kraft holder også sammen protonerne og neutronerne i atomkernen.
Som en svag styrke, en stærkinteraktion fungerer kun, når de subatomære partikler er meget tæt på hinanden. De skal være et sted inden for 10-15 meter fra hinanden (omtrent inden for diameteren af en proton).
Det stærke samspil kan dog kaldes"mærkelig". Faktum er, at den i modsætning til andre fundamentale kræfter bliver svagere, når subatomære partikler nærmer sig hinanden. Som Fermilab-forskerne skriver, når den stærke interaktion sin maksimale "styrke", når partiklerne er så langt fra hinanden som muligt. Når de er inden for rækkevidde, overfører masseløse ladede bosoner - gluoner - den stærke kraft mellem kvarker og holder dem "limet sammen". En lille brøkdel af den stærke kraft - den resterende stærke kraft - virker mellem protoner og neutroner. Protoner i kernen frastøder hinanden på grund af deres lignende ladning, men en resterende stærk kraft kan overvinde denne proces. Dette er grunden til, at partikler forbliver bundet sammen i kernen af et atom.
Den store forening og teori om alt
Det uløste spørgsmål om firefundamentale kræfter er, om de virkelig er en manifestation af den ene store kraft i universet. Hvis dette er tilfældet, bør hver af dem kunne smelte sammen med de andre, og det er der allerede bevis for, at de kan.
Fysikerne Sheldon Glashow og Steven Weinberg fraHarvard University med Abdus Salam fra Imperial College London modtog Nobelprisen i fysik i 1979 for at kombinere elektromagnetisk kraft med svag kraft til at danne begrebet elektrosvag kraft. Fysikere, der arbejder på skabelsen af teorien om Grand Unification, søger at kombinere elektrosvækk interaktion med den stærke for at bestemme den elektron-nukleare. Det blev tidligere forudsagt af modeller, men er endnu ikke blevet observeret. Det sidste stykke af puslespillet ville kræve at kombinere tyngdekraften med elektron-atomkraft for at udvikle en teori om alt - fundamentet, der kunne forklare hele universet.
Imidlertid fandt fysikere det ret vanskeligt at kombineremikroskopisk verden med makroskopisk. På en stor og især astronomisk skala dominerer tyngdekraften og beskrives bedst af Einsteins generelle relativitetsteori. Men på molekylært, atom- eller subatomært niveau beskriver kvantemekanik den naturlige verden bedst. Og indtil nu har ingen fundet en god måde at bringe disse to verdener sammen på.
Læs mere
Det første nøjagtige kort over verden blev oprettet. Hvad er der galt med alle andre?
Uranus har modtaget status som den mærkeligste planet i solsystemet. Hvorfor?
NASA fortalte, hvordan de vil levere prøver af Mars til Jorden
Higgs-feltet giver spontan overtrædelsesymmetri af elektrosvage interaktioner på grund af brud på vakuumsymmetri, opkaldt efter udvikleren af dens teori, den britiske fysiker Peter Higgs. Kvantet for dette felt er Higgs-partiklen (Higgs-bosonen).
W- og Z-bosoner - grundlæggende partikler,bærere af svag interaktion. Deres opdagelse betragtes som en af de største succeser med standardmodellen for partikelfysik. W-partiklen er opkaldt efter det første bogstav i interaktionsnavnet - svag interaktion
Carbon-14 er et radioaktivt nuklid af det kemiske grundstof carbon med atomnummer 6 og massenummer 14.
Kvælstofisotoper er sorter af kemiske atomergrundstof nitrogen, der har et andet indhold af neutroner i kernen. Naturligt kvælstof består af to stabile isotoper ¹⁴N og ¹⁵N med atomkoncentrationer på henholdsvis 0,99636 og 0,00364.
En neutral partikel er ikke en elementær partikelhar en elektrisk ladning. Neutrale partikler indbefatter for eksempel en foton, en neutron, en neutrino. Neutrale partikler kan dog have et magnetisk moment og elektriske øjeblikke med højere multipolaritet, for eksempel et kvadrupolmoment.
Kraften ved en normal reaktion er en kraft, der virker påkroppen fra siden af understøtningen og rettet vinkelret på kontaktfladen. Fordelt over området for kontaktzonen. Skal tages i betragtning, når man analyserer dynamikken i kropsbevægelser. Tal i Amonton-Coulomb-loven.