Das Fundament des Universums
Welche Kräfte kennen Sie? Schwerkraft, Fadenspannung, Federkompression, Körperkollisionen,
Es lohnt sich zu bedenken, dass heute die Existenz von vier fundamentalen Wechselwirkungen (das Higgs-Feld nicht mitgerechnet) zuverlässig bekannt ist:
Schwerkraft – Gravitationswechselwirkung
Die Schwerkraft ist die Anziehungskraft zwischen zweiObjekte, die Masse oder Energie haben. Jeder hat diesen grundlegenden Einfluss beobachtet und dank ihm kann der Mensch sitzen, stehen oder liegen. Die Schwerkraft manifestiert sich im Fall eines Steins von einer Klippe; die Bewegung des Planeten um den Stern; Meeresgezeiten, für die der Mond verantwortlich ist. Die Schwerkraft ist die intuitivste und bekannteste der Grundkräfte, dennoch ist sie nicht die einfachste, sie zu erklären.
Isaac Newton war der erste, der die Idee vorschlugSchwerkraft, angeblich inspiriert von einem Apfel, der von einem Baum fällt. Er beschrieb es als eine buchstäbliche Anziehung zwischen zwei Objekten. Jahrhunderte später schlug Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie (GR) vor, dass die Schwerkraft keine Anziehungskraft oder Kraft sei. Vielmehr ist es eine Folge von Objekten, die die Raumzeit krümmen. Ein großes Objekt wirkt mit der Raumzeit auf die gleiche Weise, wie eine große Kugel, die in der Mitte eines Blattes Papier platziert wird, dieses Material beeinflusst, es verformt und andere, kleinere Objekte auf dem Blatt in Richtung der Mitte fallen lässt.
Das Gesetz der universellen Gravitation
Obwohl die Schwerkraft die Planeten zusammenhält,In Sternen, Sonnensystemen und sogar Galaxien erweist es sich als die schwächste der fundamentalen Kräfte, insbesondere auf molekularer und atomarer Ebene. Stellen Sie sich das so vor: Wie schwierig ist es, den Ball vom Boden zu befördern? Oder dein Bein heben? Oder springen? All diese Aktionen wirken der Schwerkraft der gesamten Erde entgegen. Und auf molekularer und atomarer Ebene hat die Schwerkraft fast keinen Einfluss auf andere fundamentale Kräfte.
Schwache Kraft und Teilchenzerfall
Die schwache Kraft oder schwache Kernkraft,ist für den Zerfall von Teilchen verantwortlich. Dies ist die buchstäbliche Umwandlung einer Art subatomarer Teilchen in eine andere. Beispielsweise kann ein von einem Neutron abweichendes Neutrino ein Neutron in ein Proton und ein Neutrino in ein Elektron umwandeln.
Physiker beschreiben diese Wechselwirkung durch einen AustauschBosonen. Diese krafttragenden Teilchen sind, und zwar einige ihrer Arten, für die schwache Kraft, die elektromagnetische Kraft und die starke Kraft verantwortlich. Bei der schwachen Kraft handelt es sich bei den Bosonen um geladene Teilchen, die W- und Z-Bosonen genannt werden. Wenn subatomare Teilchen – Protonen, Neutronen und Elektronen – weniger als 10 bis 18 Meter (0,1 % des Protonendurchmessers) voneinander entfernt sind, können sie diese Bosonen austauschen. Dadurch zerfallen subatomare Teilchen in neue Teilchen.
Eine schwache Kopplung ist entscheidend fürKernfusionsreaktionen. Sie treiben die Sonne an und erzeugen die Energie, die für die meisten Lebensformen hier auf der Erde benötigt wird. Aus diesem Grund verwenden Archäologen übrigens Kohlenstoff-14, um das Alter antiker Knochen, Holz und anderer zuvor lebender Artefakte zu bestimmen. Kohlenstoff-14 hat sechs Protonen und acht Neutronen. Eines dieser Neutronen zerfällt in ein Proton und bildet Stickstoff-14, das aus sieben Protonen und sieben Neutronen besteht. Dieser Zerfall erfolgt mit einer vorhersehbaren Geschwindigkeit, die es Wissenschaftlern ermöglicht, das Alter von Artefakten zu bestimmen.
Elektromagnetische Kraft
Elektromagnetische Kraft (Lorentzkraft) wirktzwischen geladenen Teilchen - negativ geladene Elektronen und positiv geladene Protonen. Entgegengesetzte Ladungen ziehen sich gegenseitig an, während sich identische Ladungen abstoßen. Je mehr Ladung, desto mehr Leistung. Und wie die Schwerkraft ist diese Kraft zu spüren.
Wie der Name schon sagt, elektromagnetische Kraftbesteht aus zwei Teilen: elektrische Kraft und magnetische Kraft. Zuerst haben die Physiker diese Kräfte getrennt voneinander beschrieben, später jedoch erkannt, dass sie Bestandteile einer sind.
Die elektrische Komponente wirkt zwischengeladene Teilchen, unabhängig davon, ob sie sich bewegen oder nicht, erzeugen ein Feld. Damit können sich Ladungen gegenseitig beeinflussen. Sobald sie sich zu bewegen beginnen, weisen diese geladenen Teilchen aber auch die zweite Komponente auf - die Magnetkraft. Wenn sie sich bewegen, erzeugen sie ein Magnetfeld um sich herum. Wenn daher Elektronen in den Draht eindringen, um beispielsweise einen Computer oder ein Telefon aufzuladen oder einen Fernseher einzuschalten, wird der Draht magnetisch.
Elektromagnetische Kräfte werden zwischen übertragengeladene Teilchen durch Austausch masseloser, krafttragender Bosonen - Photonen, die auch Lichtteilchen sind. Krafttragende Photonen sind jedoch eine weitere Manifestation davon. Laut der University of Tennessee in Knoxville sind sie virtuell und nicht nachweisbar, obwohl sie technisch gesehen dieselben Teilchen sind wie die reale und nachweisbare Version von Photonen.
Elektromagnetische Kraft ist für einige verantwortlichder häufigsten Phänomene: Reibung, Elastizität, Normalkraft und die Kraft, die Feststoffe in einer bestimmten Form zusammenhält. Sie ist sogar für den Widerstand verantwortlich, dem Vögel und Flugzeuge zum Beispiel ausgesetzt sind. Dies ist auf die Wechselwirkung geladener (oder neutraler) Teilchen untereinander zurückzuführen. Zum Beispiel ist die Normalkraft, die ein Buch auf einem Tisch hält (anstatt dass die Schwerkraft das Buch zu Boden zieht), auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Elektronen in den Atomen des Tisches die Elektronen in den Atomen des Buches abstoßen.
Starke Kraft - Billionen Billionen Billionen Billiger als die Schwerkraft
Starke Atomkraft oder starke AtomkraftInteraktion ist die stärkste der vier Grundkräfte der Natur. Laut HyperPhysics sind dies 6 Tausend Billionen Billionen Billionen (das sind 39 Nullen nach 6) mal stärker als die Schwerkraft. Dies liegt daran, dass es grundlegende Materieteilchen zusammenhält, um größere Teilchen zu bilden. Es hält die Quarks zusammen, aus denen Protonen und Neutronen bestehen, und ein Teil der starken Kraft hält auch die Protonen und Neutronen des Atomkerns zusammen.
Wie eine schwache Kraft, eine starkeDie Wechselwirkung funktioniert nur, wenn die subatomaren Teilchen sehr nahe beieinander liegen. Sie sollten sich innerhalb von 10-15 Metern voneinander befinden (ungefähr innerhalb des Durchmessers eines Protons).
Allerdings kann die starke Wechselwirkung aufgerufen werden"seltsam". Tatsache ist, dass sie im Gegensatz zu anderen fundamentalen Kräften schwächer wird, wenn sich subatomare Teilchen einander nähern. Wie die Fermilab-Forscher schreiben, erreicht die starke Wechselwirkung ihre maximale „Stärke“, wenn die Teilchen möglichst weit voneinander entfernt sind. Sobald sie in Reichweite sind, übertragen masselose geladene Bosonen – Gluonen – die starke Kraft zwischen Quarks und halten sie „zusammengeklebt“. Ein winziger Bruchteil der starken Kraft – die verbleibende starke Kraft – wirkt zwischen Protonen und Neutronen. Protonen im Kern stoßen sich aufgrund ihrer ähnlichen Ladung gegenseitig ab, eine verbleibende starke Kraft kann diesen Prozess jedoch überwinden. Aus diesem Grund bleiben die Teilchen im Atomkern miteinander verbunden.
Die große Vereinigung und Theorie von allem
Das ungelöste Problem der VierDie Frage, ob die fundamentalen Kräfte wirklich eine Manifestation der einen großen Kraft im Universum sind, ist entscheidend. Wenn dies der Fall ist, sollte jeder von ihnen in der Lage sein, mit den anderen zu verschmelzen, und es gibt bereits Beweise dafür, dass dies der Fall ist.
Die Physiker Sheldon Glashow und Steven Weinberg vonDie Harvard University mit Abdus Salam vom Imperial College London erhielt 1979 den Nobelpreis für Physik für die Kombination von elektromagnetischer Kraft mit schwacher Kraft, um das Konzept der elektroschwachen Kraft zu bilden. Physiker, die an der Schaffung der Theorie der Großen Vereinigung arbeiten, versuchen, die elektroschwache Wechselwirkung mit der starken zu kombinieren, um die elektronisch-nukleare zu definieren. Es wurde zuvor von Modellen vorhergesagt, wurde aber noch nicht beobachtet. Das letzte Puzzleteil würde die Kombination von Schwerkraft mit elektronisch-nuklearer Kraft erfordern, um eine Theorie von allem zu entwickeln - die Grundlage, die das gesamte Universum erklären könnte.
Die Physiker fanden es jedoch ziemlich schwierig, sie zu kombinierenmikroskopische Welt mit makroskopischen. Im großen und besonders astronomischen Maßstab dominiert die Schwerkraft und lässt sich am besten durch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie beschreiben. Auf molekularer, atomarer oder subatomarer Ebene beschreibt die Quantenmechanik die natürliche Welt am besten. Und bis jetzt hat niemand einen guten Weg gefunden, um diese beiden Welten zusammenzubringen.
weiter lesen
Die erste genaue Weltkarte wurde erstellt. Was ist los mit allen anderen?
Uranus hat den Status des seltsamsten Planeten im Sonnensystem erhalten. Warum?
Die NASA erklärte, wie sie Marsproben zur Erde liefern werden
Das Higgs-Feld sorgt für eine spontane VerletzungSymmetrie elektroschwacher Wechselwirkungen aufgrund des Aufbrechens der Vakuumsymmetrie, benannt nach dem Entwickler seiner Theorie, dem britischen Physiker Peter Higgs. Das Quantum dieses Feldes ist das Higgs-Teilchen (das Higgs-Boson).
W- und Z-Bosonen - Grundpartikel,Träger schwacher Wechselwirkung. Ihre Entdeckung gilt als einer der größten Erfolge des Standardmodells der Teilchenphysik. Das W-Teilchen ist nach dem ersten Buchstaben des Interaktionsnamens benannt - schwache Interaktion
Kohlenstoff-14 ist ein radioaktives Nuklid des chemischen Elements Kohlenstoff mit der Ordnungszahl 6 und der Massenzahl 14.
Stickstoffisotope sind verschiedene chemische AtomeElement Stickstoff mit einem unterschiedlichen Gehalt an Neutronen im Kern. Natürlicher Stickstoff besteht aus zwei stabilen Isotopen ¹⁴N und ¹⁵N mit Atomkonzentrationen von 0,99636 bzw. 0,00364.
Ein neutrales Teilchen ist kein Elementarteilcheneine elektrische Ladung haben. Neutrale Teilchen umfassen beispielsweise ein Photon, ein Neutron, ein Neutrino. Neutrale Teilchen können jedoch ein magnetisches Moment und elektrische Momente höherer Multipolarität aufweisen, beispielsweise ein Quadrupolmoment.
Die Kraft einer normalen Reaktion ist eine Kraft, auf die einwirktder Körper von der Seite des Trägers und senkrecht zur Kontaktfläche gerichtet. Verteilt über den Bereich der Kontaktzone. Bei der Analyse der Dynamik der Körperbewegung zu berücksichtigen. Zahlen im Amonton-Coulomb-Gesetz.