La fondazione dell'universo
Quali poteri conosci? Gravità, tensione del filo, compressione della molla, collisioni del corpo,
Vale la pena considerare che oggi è nota in modo affidabile l'esistenza di quattro interazioni fondamentali (senza contare il campo di Higgs):
Gravità - Interazione gravitazionale
La gravità è l'attrazione tra dueoggetti dotati di massa o energia. Tutti hanno osservato questa influenza fondamentale e grazie ad essa una persona può sedersi, stare in piedi o sdraiarsi. La forza gravitazionale si manifesta nella caduta di un sasso da un dirupo; il movimento del pianeta attorno alla stella; maree marine, di cui è responsabile la Luna. La gravità è la più intuitiva e familiare delle forze fondamentali, ma non è la più facile da spiegare.
Isaac Newton fu il primo a proporre l'ideagravità, presumibilmente ispirata da una mela che cade da un albero. Lo descrisse come un'attrazione letterale tra due oggetti. Secoli dopo, Albert Einstein propose nella sua teoria della relatività generale (GR) che la gravità non è un’attrazione o una forza. Invece, è una conseguenza del fatto che gli oggetti piegano lo spaziotempo. Un oggetto di grandi dimensioni funziona con lo spazio-tempo più o meno allo stesso modo in cui una grande palla posta al centro di un foglio di carta influenza quel materiale, deformandolo e facendo cadere verso il centro altri oggetti più piccoli sul foglio.
La legge di gravitazione universale
Sebbene la gravità tenga insieme i pianeti,stelle, sistemi solari e perfino galassie, risulta essere la più debole delle forze fondamentali, soprattutto a livello molecolare e atomico. Pensala in questo modo: quanto è difficile far staccare la palla da terra? O alzare la gamba? O saltare? Tutte queste azioni contrastano la gravità dell'intera Terra. E a livello molecolare e atomico, la gravità non ha quasi alcun effetto sulle altre forze fondamentali.
Forza debole e decadimento delle particelle
La forza debole, o forza nucleare debole,è responsabile del decadimento delle particelle. Questa è la trasformazione letterale di un tipo di particella subatomica in un altro. Ad esempio, un neutrino che devia da un neutrone può trasformare un neutrone in un protone e un neutrino in un elettrone.
I fisici descrivono questa interazione attraverso uno scambiobosoni. Queste particelle portatrici di forza, in particolare alcuni dei loro tipi, sono responsabili della forza debole, della forza elettromagnetica e della forza forte. Nella forza debole, i bosoni sono particelle cariche chiamate bosoni W e Z. Quando le particelle subatomiche - protoni, neutroni ed elettroni - si trovano a una distanza compresa tra 10 e 18 metri (0,1% del diametro di un protone) l'una dall'altra, possono scambiarsi questi bosoni. Di conseguenza, le particelle subatomiche si scompongono in nuove particelle.
L'accoppiamento debole è fondamentale perReazioni di fusione nucleare. Sono ciò che alimenta il Sole e produce l’energia necessaria per la maggior parte delle forme di vita qui sulla Terra. A proposito, questo è il motivo per cui gli archeologi usano il carbonio-14 per determinare l'età di ossa antiche, legno e altri manufatti precedentemente viventi. Il carbonio-14 ha sei protoni e otto neutroni. Uno di questi neutroni decade in un protone per formare l'azoto-14, che ha sette protoni e sette neutroni. Questo decadimento avviene a un ritmo prevedibile, che consente agli scienziati di determinare l'età dei manufatti.
Forza elettromagnetica
La forza elettromagnetica (forza di Lorentz) agiscetra particelle cariche - elettroni caricati negativamente e protoni caricati positivamente. Cariche opposte si attraggono, mentre cariche identiche si respingono. Più carica, più potenza. E come la gravità, questa forza può essere percepita.
Come suggerisce il nome, forza elettromagneticaconsiste di due parti: forza elettrica e forza magnetica. All'inizio, i fisici hanno descritto queste forze separatamente l'una dall'altra, ma in seguito si sono resi conto che sono componenti di una.
Il componente elettrico agisce traparticelle cariche, indipendentemente dal fatto che si muovano o meno, creando un campo. Con esso, le cariche possono influenzarsi a vicenda. Ma, non appena iniziano a muoversi, queste particelle cariche mostrano anche la seconda componente: la forza magnetica. Quando si muovono, creano un campo magnetico intorno a loro. Pertanto, quando gli elettroni penetrano nel filo per, ad esempio, caricare un computer o un telefono o accendere una TV, il filo diventa magnetico.
Le forze elettromagnetiche vengono trasmesse traparticelle cariche attraverso lo scambio di bosoni portatori di forza privi di massa - fotoni, che sono anche particelle di luce. Tuttavia, i fotoni che trasportano forza sono un'altra loro manifestazione. Secondo l'Università del Tennessee a Knoxville, sono virtuali e non rilevabili, sebbene, tecnicamente, siano le stesse particelle della versione reale e rilevabile dei fotoni.
La forza elettromagnetica è responsabile di alcunidei fenomeni più comuni: attrito, elasticità, forza normale e forza che tiene insieme i solidi in una data forma. Ad esempio, è anche responsabile della resistenza che gli uccelli e gli aeroplani devono affrontare. Ciò è dovuto all'interazione di particelle cariche (o neutre) tra loro. Ad esempio, la forza normale che tiene un libro su un tavolo (invece della gravità che spinge il libro a terra) è una conseguenza degli elettroni negli atomi del tavolo che respingono gli elettroni negli atomi del libro.
Forza forte - Trilioni di trilioni di trilioni più forti della gravità
Forza nucleare forte o nucleare fortel'interazione è la più potente delle quattro forze fondamentali della natura. Secondo HyperPhysics, questo è 6mila trilioni di trilioni di trilioni (cioè 39 zeri dopo 6) volte più forte della gravità. Questo perché lega insieme le particelle fondamentali della materia per formare particelle più grandi. Tiene insieme i quark che compongono protoni e neutroni e parte della forza forte tiene insieme anche protoni e neutroni del nucleo atomico.
Come una forza debole, una fortel'interazione funziona solo quando le particelle subatomiche sono molto vicine l'una all'altra. Dovrebbero trovarsi da qualche parte entro 10-15 metri l'uno dall'altro (all'incirca nel diametro di un protone).
Tuttavia, si può chiamare l'interazione forte"strano". Il fatto è che, a differenza di altre forze fondamentali, diventa più debole man mano che le particelle subatomiche si avvicinano l'una all'altra. Come scrivono i ricercatori del Fermilab, l’interazione forte raggiunge la sua massima “forza” quando le particelle sono quanto più distanti possibile. Una volta nel raggio d’azione, i bosoni carichi senza massa – i gluoni – trasmettono la forza forte tra i quark e li tengono “incollati insieme”. Una piccola frazione della forza forte, la forza forte residua, agisce tra protoni e neutroni. I protoni nel nucleo si respingono a causa della loro carica simile, ma una forza forte residua può superare questo processo. Questo è il motivo per cui le particelle rimangono legate insieme nel nucleo di un atomo.
La grande unificazione e teoria del tutto
La questione irrisolta dei quattroforze fondamentali è se siano veramente una manifestazione dell’unica grande forza nell’universo. Se così fosse, ciascuno di essi dovrebbe essere in grado di fondersi con gli altri, e ci sono già prove che ciò sia possibile.
I fisici Sheldon Glashow e Steven Weinberg diL'Università di Harvard con Abdus Salam dell'Imperial College di Londra ha ricevuto il Premio Nobel per la fisica nel 1979 per aver combinato la forza elettromagnetica con la forza debole per formare il concetto di forza elettrodebole. I fisici che lavorano alla creazione della teoria della Grande Unificazione cercano di combinare l'interazione elettrodebole con quella forte per determinare quella elettrone-nucleare. In precedenza era stato previsto dai modelli, ma non è stato ancora osservato. L'ultimo pezzo del puzzle richiederebbe la combinazione della gravità con la forza elettronucleare per sviluppare una teoria del tutto, il fondamento che potrebbe spiegare l'intero universo.
Tuttavia, i fisici hanno trovato piuttosto difficile combinaremondo microscopico con macroscopico. Su larga scala e specialmente astronomica, la gravità domina ed è meglio descritta dalla teoria della relatività generale di Einstein. Ma a livello molecolare, atomico o subatomico, la meccanica quantistica descrive meglio il mondo naturale. E, fino ad ora, nessuno ha escogitato un buon modo per riunire questi due mondi.
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Il campo di Higgs fornisce una violazione spontaneasimmetria delle interazioni elettrodeboli dovute alla rottura della simmetria del vuoto, dal nome dello sviluppatore della sua teoria, il fisico britannico Peter Higgs. Il quanto di questo campo è la particella di Higgs (il bosone di Higgs).
Bosoni W e Z - particelle fondamentali,portatori di interazione debole. La loro scoperta è considerata uno dei maggiori successi del modello standard della fisica delle particelle. La particella W prende il nome dalla prima lettera del nome dell'interazione - interazione debole
Il carbonio-14 è un nuclide radioattivo dell'elemento chimico carbonio con numero atomico 6 e numero di massa 14.
Gli isotopi dell'azoto sono varietà di atomi chimicielemento azoto, con diverso contenuto di neutroni nel nucleo. L'azoto naturale è costituito da due isotopi stabili ¹⁴N e ¹⁵N con concentrazioni atomiche di 0,99636 e 0,00364, rispettivamente.
Una particella neutra è una particella elementare, noavere una carica elettrica. Le particelle neutre includono, ad esempio, un fotone, un neutrone, un neutrino. Le particelle neutre possono, tuttavia, avere un momento magnetico e momenti elettrici di multipolarità superiore, ad esempio un momento quadrupolare.
La forza di una reazione normale è una forza che agisceil corpo dal lato del supporto e diretto perpendicolare alla superficie di contatto. Distribuito sull'area della zona di contatto. Da tenere in considerazione quando si analizzano le dinamiche del movimento del corpo. Cifre nella legge di Amonton-Coulomb.