A mindenség alapja
Milyen erőket ismersz? Gravitáció, menetfeszítés, rugónyomás, testütközések,
Érdemes megfontolni, hogy ma négy alapvető kölcsönhatás létezése (a Higgs-mezőt nem számítva) megbízhatóan ismert:
Gravitáció – gravitációs kölcsönhatás
A gravitáció a kettő közötti vonzalomtömeggel vagy energiával rendelkező tárgyak. Mindenki megfigyelte ezt az alapvető hatást, és ennek köszönhetően az ember ülhet, állhat vagy feküdhet. A gravitációs erő egy kő szikláról való leesésében nyilvánul meg; a bolygó mozgása a csillag körül; tengeri árapály, amelyért a Hold felelős. A gravitáció a legintuitívabb és legismertebb az alapvető erők közül, de nem a legkönnyebb megmagyarázni.
Isaac Newton volt az első, aki felvetette az ötletetgravitáció, állítólag egy fáról leeső alma ihlette. Úgy írta le, mint egy szó szerinti vonzerőt két tárgy között. Évszázadokkal később Albert Einstein általános relativitáselméletében (GR) azt javasolta, hogy a gravitáció nem vonzás vagy erő. Ehelyett az objektumok téridő-hajlításának következménye. Egy nagy tárgy nagyjából ugyanúgy működik a téridővel, mint egy papírlap közepére helyezett nagy golyó, amely hatással van arra az anyagra, deformálja azt, és a lapon lévő más, kisebb tárgyak a közepe felé esnek.
Az egyetemes gravitáció törvénye
Bár a gravitáció tartja össze a bolygókat,csillagok, naprendszerek, sőt galaxisok is az alapvető erők közül a leggyengébbnek bizonyul, különösen molekuláris és atomi szinten. Gondolj bele a következőképpen: mennyire nehéz felemelni a labdát a földről? Vagy emeld fel a lábad? Vagy ugorj? Mindezek a tevékenységek ellensúlyozzák az egész Föld gravitációját. Molekuláris és atomi szinten pedig a gravitáció szinte semmilyen hatással nincs más alapvető erőkre.
Gyenge erő és részecskebomlás
A gyenge erő vagy gyenge nukleáris erő,felelős a részecskék bomlásáért. Ez az egyik szubatomi részecsketípus szó szerinti átalakulása egy másikká. Például a neutrontól eltérõ neutrínó a neutront protonná, a neutrínót pedig elektronná változtathatja.
A fizikusok ezt a kölcsönhatást cserén keresztül írják lebozonok. Ezek az erőhordozó részecskék, nevezetesen egyes típusaik felelősek a gyenge erőért, az elektromágneses erőért és az erős erőért. A gyenge erőben a bozonok töltött részecskék, amelyeket W és Z bozonoknak neveznek. Ha a szubatomi részecskék – protonok, neutronok és elektronok – 10-18 méteren belül (a proton átmérőjének 0,1%-a) vannak egymástól, kicserélhetik ezeket a bozonokat. Ennek eredményeként a szubatomi részecskék új részecskékre bomlanak.
A gyenge csatolás kritikusmagfúziós reakciók. Ezek táplálják a Napot, és termelik a legtöbb életformához szükséges energiát itt a Földön. A régészek egyébként ezért használják a szén-14-et az ősi csontok, fa és más korábban élő leletek korának meghatározására. A Carbon-14 hat protonból és nyolc neutronból áll. Az egyik ilyen neutron protonná bomlik, és nitrogén-14-et képez, amely hét protonból és hét neutronból áll. Ez a bomlás előre látható sebességgel megy végbe, ami lehetővé teszi a tudósok számára, hogy meghatározzák a műtárgyak korát.
Elektromágneses erő
Elektromágneses erő (Lorentz-erő) hattöltött részecskék - negatív töltésű elektronok és pozitív töltésű protonok között. Az ellentétes töltések vonzzák egymást, míg az azonos töltések taszítják. Minél több a töltés, annál nagyobb az energia. És mint a gravitáció, ez az erő is érezhető.
Ahogy a neve is sugallja, elektromágneses erőkét részből áll: elektromos erőből és mágneses erőből. Eleinte a fizikusok ezeket az erőket egymástól elkülönítve írták le, később azonban rájöttek, hogy ezek az egyik alkotóelemei.
Az elektromos alkatrész között működiktöltött részecskék, függetlenül attól, hogy mozognak vagy sem, teret hoznak létre. Ezzel a töltések befolyásolhatják egymást. De amint mozogni kezdenek, ezek a töltött részecskék a második komponenst - a mágneses erőt is - mutatják. Amikor mozognak, mágneses teret hoznak létre maguk körül. Ezért amikor az elektronok behatolnak a vezetékbe például egy számítógép vagy telefon feltöltéséhez vagy egy tévé bekapcsolásához, a vezeték mágnesessé válik.
Elektromágneses erők terjednek közötttöltött részecskék a tömeg nélküli, erőt hordozó bozonok - fotonok - cseréje révén, amelyek szintén fényrészecskék. Az erőt hordozó fotonok azonban újabb megnyilvánulásuk. A Knoxville-i Tennessee Egyetem szerint virtuálisak és nem észlelhetők, bár technikailag ugyanazok a részecskék, mint a fotonok valódi és kimutatható változata.
Az elektromágneses erő felelős egyesekérta leggyakoribb jelenségek közül: súrlódás, rugalmasság, normál erő és a szilárd anyagokat egy adott alakban összetartó erő. Még a madarak és a repülőgépek ellenállásáért is felelős. Ennek oka a töltött (vagy semleges) részecskék kölcsönhatása. Például a normális erő, amely egy könyvet az asztalon tart (ahelyett, hogy a gravitáció a könyvet a földre húzná), annak tudható be, hogy az asztal atomjaiban lévő elektronok taszítják a könyv atomjaiban lévő elektronokat.
Erős erő - billió billió billió billió erősebb, mint a gravitáció
Erős vagy erőteljes nukleáris erőaz interakció a legerősebb a négy alapvető természeti erő közül. A HyperPhysics szerint ez 6 ezer billió billió billió (ez 39 zéró 6 után), erősebb, mint a gravitáció. Ez azért van, mert összekapcsolja az anyag alapvető részecskéit nagyobb részecskékké. Összefogja a protonokat és a neutronokat alkotó kvarkokat, az erős erő egy része pedig az atommag protonjait és neutronjait is.
Mint egy gyenge erő, egy erős isaz interakció csak akkor működik, ha a szubatomi részecskék nagyon közel vannak egymáshoz. Valahol 10-15 méterre kell lenniük egymástól (nagyjából a proton átmérőjén belül).
Az erős kölcsönhatás azonban ún"furcsa". A helyzet az, hogy más alapvető erőkkel ellentétben gyengül, ahogy a szubatomi részecskék közelednek egymáshoz. Ahogy a Fermilab kutatói írják, az erős kölcsönhatás akkor éri el maximális „erősségét”, ha a részecskék a lehető legtávolabb vannak egymástól. A hatótávolságon belül a tömeg nélküli töltött bozonok – gluonok – továbbítják az erős erőt a kvarkok között, és „összeragasztva” tartják őket. Az erős erő kis része – a maradék erős erő – a protonok és a neutronok között hat. Az atommagban lévő protonok hasonló töltésük miatt taszítják egymást, de a maradék erős erő leküzdheti ezt a folyamatot. Ez az oka annak, hogy a részecskék egymáshoz kötve maradnak az atommagban.
Mindennek nagy egyesítése és elmélete
A négy megoldatlan kérdéseAz alapvető erők az, hogy valóban a világegyetem egyetlen nagy erejének megnyilvánulásai-e. Ha ez a helyzet, akkor mindegyiknek össze kell olvadnia a többiekkel, és erre már van bizonyíték.
Sheldon Glashow és Steven Weinberg fizikusokA Harvard Egyetem Abdus Salammal, a londoni Imperial College-tól 1979-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat, amiért az elektromágneses erőt gyenge erővel egyesítette az elektromos gyenge erő fogalmának kialakításához. A nagy egyesülés elméletének megalkotásán dolgozó fizikusok megpróbálják összekapcsolni az elektromos gyenge kölcsönhatást az erőssel az elektron-nukleáris meghatározásához. Korábban modellek jósolták, de még nem figyelték meg. A rejtvény utolsó darabjához szükség lenne a gravitáció egyesítésére az elektron-atom erővel, hogy kialakuljon minden elmélete - az az alap, amely az egész világegyetemet megmagyarázhatja.
A fizikusoknak azonban meglehetősen nehéz volt kombinálniukmikroszkopikus világ makroszkópos. Nagy és különösen csillagászati méretekben a gravitáció dominál, és Einstein általános relativitáselmélete írja le a legjobban. De molekuláris, atomi vagy szubatomi szinten a kvantummechanika jellemzi legjobban a természeti világot. És mindeddig senki sem találta ki jó módszerrel, hogy összehozza ezt a két világot.
Olvass tovább
Létrehozták az első pontos világtérképet. Mi a baj mindenki mással?
Az Uránusz a Naprendszer legfurcsább bolygójának státuszát kapta. Miért?
A NASA elmondta, hogyan szállítják a Mars mintáit a Földre
A Higgs-mező spontán szabálysértést okozaz elektromos gyenge kölcsönhatások szimmetriája a vákuumszimmetria megtörése miatt, amelyet elméletének kidolgozójáról, Peter Higgs brit fizikusról neveztek el. Ennek a mezőnek a kvantuma a Higgs részecske (a Higgs bozon).
W- és Z-bozonok - alapvető részecskék,a gyenge interakció hordozói. Felfedezésüket a részecskefizika standard modelljének egyik legnagyobb sikernek tekintik. A W-részecske az interakció név első betűjéről kapta a nevét - gyenge interakció
A Carbon-14 a szén kémiai elem radioaktív nuklidja, amelynek atomszáma 6 és tömegszáma 14.
A nitrogén izotópok a kémiai atomok fajtáielem nitrogén, amelynek neutrontartalma eltér a magban. A természetes nitrogén két stabil izotópból áll.
A semleges részecske nem elemi részecskeamelynek elektromos töltése van. A semleges részecskék közé tartozik például egy foton, egy neutron, egy neutrino. A semleges részecskéknek azonban lehet mágneses nyomatéka, és nagyobb multipolaritású elektromos nyomatékai lehetnek, például kvadrupólus.
A normális reakció ereje a rá ható erőa testet a tartó oldaláról és merőlegesen az érintkező felületre. Elosztva az érintkezési zóna területén. A test mozgásának dinamikájának elemzésekor figyelembe kell venni. Az Amonton-Coulomb-törvény adatai.