יסוד היקום
אילו כוחות אתה מכיר? כוח הכבידה, מתח חוט, דחיסת קפיץ, התנגשויות גוף,
כדאי לקחת בחשבון שכיום קיומן של ארבע אינטראקציות בסיסיות ידוע בצורה מהימנה (לא סופר את שדה היגס):
כוח משיכה - אינטראקציה כבידה
כוח המשיכה הוא המשיכה בין שנייםעצמים בעלי מסה או אנרגיה. כולם ראו את ההשפעה הבסיסית הזו ובזכותה אדם יכול לשבת, לעמוד או לשכב. כוח הכבידה מתבטא בנפילת אבן מצוק; תנועת כוכב הלכת סביב הכוכב; גאות ושפל, שעל הירח אחראי. כוח הכבידה הוא הכוחות האינטואיטיביים והמוכרים ביותר מבין כוחות היסוד, אך לא הכי קל להסביר אותו.
אייזק ניוטון היה הראשון שהציע את הרעיוןכוח הכבידה, כביכול בהשראת תפוח שנפל מעץ. הוא תיאר זאת כמשיכה מילולית בין שני עצמים. מאות שנים מאוחר יותר, אלברט איינשטיין הציע בתורת היחסות הכללית שלו (GR) שכוח המשיכה אינו משיכה או כוח. במקום זאת, היא תוצאה של כיפוף עצמים של המרחב בזמן. עצם גדול עובד עם מרחב-זמן בערך כמו שכדור גדול המונח באמצע דף נייר משפיע על החומר הזה, מעוות אותו וגורם לאובייקטים אחרים וקטנים יותר על הגיליון ליפול לכיוון האמצע.
חוק הגרביטציה האוניברסלית
למרות שכוח המשיכה מחזיק את כוכבי הלכת יחד,כוכבים, מערכות שמש ואפילו גלקסיות, מסתבר שהוא החלש מבין כוחות היסוד, במיוחד ברמה המולקולרית והאטומית. תחשוב על זה ככה: כמה קשה להוריד את הכדור מהקרקע? או להרים את הרגל? או לקפוץ? כל הפעולות הללו נוגדות את כוח המשיכה של כדור הארץ כולו. וברמה המולקולרית והאטומית, לכבידה אין כמעט השפעה על כוחות יסוד אחרים.
כוח חלש וריקבון חלקיקים
הכוח החלש, או הכוח הגרעיני החלש,אחראי על ריקבון של חלקיקים. זוהי התמרה מילולית של סוג אחד של חלקיק תת-אטומי לאחר. לדוגמה, נייטרינו החורג מנויטרון יכול להפוך נויטרון לפרוטון, וניטרינו לאלקטרון.
פיזיקאים מתארים אינטראקציה זו באמצעות חילופי דבריםבוזונים. חלקיקים נושאי כוח אלו, כלומר חלק מסוגיהם, אחראים לכוח החלש, לכוח האלקטרומגנטי ולכוח החזק. בכוח החלש, הבוזונים הם חלקיקים טעונים הנקראים בוזונים W ו-Z. כאשר חלקיקים תת-אטומיים - פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים - נמצאים במרחק של 10 עד 18 מטרים (0.1% מקוטר הפרוטון), הם יכולים להחליף את הבוזונים הללו. כתוצאה מכך, חלקיקים תת-אטומיים מתפרקים לחלקיקים חדשים.
צימוד חלש הוא קריטי עבורתגובות היתוך גרעיני. הם מה שמניע את השמש ומייצר את האנרגיה הדרושה לרוב צורות החיים כאן על כדור הארץ. אגב, זו הסיבה שארכיאולוגים משתמשים בפחמן-14 כדי לקבוע את הגיל של עצמות עתיקות, עץ וחפצים אחרים שחיו בעבר. לפחמן-14 יש שישה פרוטונים ושמונה נויטרונים. אחד מהנייטרונים הללו מתפרק לפרוטון ויוצר חנקן-14, שיש לו שבעה פרוטונים ושבעה נויטרונים. דעיכה זו מתרחשת בקצב צפוי, המאפשר למדענים לקבוע את גילם של חפצים.
כוח אלקטרומגנטי
כוח אלקטרומגנטי (כוח לורנץ) פועלבין חלקיקים טעונים - אלקטרונים טעונים שלילית ופרוטונים טעונים חיובי. מטענים מנוגדים מושכים זה את זה, ואילו מטענים זהים דוחים. ככל שיותר מטען, כך יותר כוח. וכמו כוח המשיכה, ניתן לחוש בכוח זה.
כפי שהשם מרמז, כוח אלקטרומגנטימורכב משני חלקים: כוח חשמלי וכוח מגנטי. בהתחלה, פיזיקאים תיארו את הכוחות הללו בנפרד זה מזה, אך מאוחר יותר הבינו שהם מרכיבים של אחד.
הרכיב החשמלי פועל ביןחלקיקים טעונים, לא משנה אם הם נעים או לא, יוצרים שדה. באמצעותו, מטענים יכולים להשפיע זה על זה. אבל ברגע שהם מתחילים לנוע, החלקיקים הטעונים הללו מציגים גם את הרכיב השני - הכוח המגנטי. כאשר הם נעים הם יוצרים סביבם שדה מגנטי. לכן, כאשר אלקטרונים חודרים לחוט, למשל, לטעון מחשב או טלפון או להפעיל טלוויזיה, החוט הופך למגנטי.
כוחות אלקטרומגנטיים מועברים ביןחלקיקים טעונים באמצעות חילופי בוזונים חסרי מסה, בעלי כוח - פוטונים, שהם גם חלקיקי אור. עם זאת, פוטונים הנושאים כוח הם ביטוי נוסף להם. על פי אוניברסיטת טנסי בנוקסוויל, הם וירטואליים ובלתי ניתנים לזיהוי, אם כי, מבחינה טכנית, הם אותם חלקיקים כמו הגרסה האמיתית והניתנת לזיהוי של פוטונים.
כוח אלקטרומגנטי אחראי לחלקםשל התופעות השכיחות ביותר: חיכוך, גמישות, כוח נורמלי, והכוח המחזיק את המוצקים יחד בצורה נתונה. היא אפילו אחראית להתנגדות שעומדים בפני ציפורים ומטוסים, למשל. זאת בשל האינטראקציה של חלקיקים טעונים (או ניטרליים) זה עם זה. לדוגמא, הכוח הרגיל שמחזיק ספר על שולחן (במקום כוח המשיכה המושך את הספר לקרקע) נובע מכך שהאלקטרונים באטומי השולחן דוחים את האלקטרונים באטומי הספר.
כוח חזק - טריליוני טריליונים טריליון חזק יותר מכוח הכבידה
כוח גרעיני חזק, או גרעיני חזקאינטראקציה היא החזקה ביותר מבין ארבעת כוחות הטבע הבסיסיים. על פי HyperPhysics, זהו פי 6,000 טריליון טריליון טריליון (זה 39 אפסים לאחר 6) פי חזק מכוח המשיכה. הסיבה לכך היא שהיא קושרת חלקיקים בסיסיים של החומר ויוצרים חלקיקים גדולים יותר. הוא מחזיק את הקווארקים המרכיבים פרוטונים ונייטרונים, וחלק מהכוח החזק מחזיק גם את הפרוטונים והנייטרונים של גרעין האטום.
כמו כוח חלש, חזקאינטראקציה פועלת רק כאשר החלקיקים התת אטומיים קרובים מאוד זה לזה. הם צריכים להיות איפשהו בטווח של 10-15 מטר אחד מהשני (בערך בקוטר של פרוטון).
עם זאת, ניתן לקרוא לאינטראקציה החזקה"מוּזָר". העובדה היא שבניגוד לכוחות יסוד אחרים, הוא הופך חלש יותר ככל שחלקיקים תת-אטומיים מתקרבים זה לזה. כפי שכותבים חוקרי פרמילב, האינטראקציה החזקה מגיעה ל"חוזק" המקסימלי שלה כאשר החלקיקים רחוקים זה מזה ככל האפשר. ברגע שהם נמצאים בטווח, בוזונים טעונים חסרי מסה - גלוונים - מעבירים את הכוח החזק בין הקווארקים ושומרים אותם "דבוקים זה לזה". חלק זעיר מהכוח החזק - הכוח החזק השיורי - פועל בין פרוטונים לנייטרונים. פרוטונים בגרעין דוחים זה את זה בגלל המטען הדומה שלהם, אבל כוח חזק שיורי יכול להתגבר על תהליך זה. זו הסיבה שחלקיקים נשארים קשורים זה לזה בגרעין של אטום.
האיחוד והתאוריה הגדולה של הכל
הסוגיה הבלתי פתורה של ארבעכוחות יסוד היא האם הם באמת ביטוי של הכוח הגדול היחיד ביקום. אם זה המצב, כל אחד מהם אמור להיות מסוגל להתמזג עם האחרים, וכבר יש ראיות שהם יכולים.
הפיזיקאים שלדון גלאשאו וסטיבן וויינברג מאוניברסיטת הרווארד עם עבדוס סלאם מאימפריאל קולג 'בלונדון קיבלו את פרס נובל לפיזיקה בשנת 1979 על שילוב כוח אלקטרומגנטי עם כוח חלש כדי ליצור את המושג כוח חלש. פיזיקאים העובדים על יצירת התיאוריה של האיחוד הגדול מבקשים לשלב את האינטראקציה החשמלית עם זו החזקה כדי לקבוע את האלקטרון-גרעיני. בעבר חזו אותה דוגמניות, אך טרם נצפתה. החלק האחרון של הפאזל ידרוש שילוב כוח המשיכה עם הכוח האלקטרוני-גרעיני כדי לפתח תיאוריה של הכל - הבסיס שיכול להסביר את היקום כולו.
עם זאת, פיזיקאים התקשו לשלב למדיעולם מיקרוסקופי עם מקרוסקופי. בקנה מידה גדול ואסטרונומי במיוחד, כוח המשיכה שולט ומתואר בצורה הטובה ביותר על ידי תורת היחסות הכללית של איינשטיין. אך ברמה המולקולרית, האטומית או התת אטומית, מכניקת הקוונטים מתארת בצורה הטובה ביותר את עולם הטבע. ועד עכשיו איש לא העלה על דרך טובה להפגיש בין שני העולמות הללו.
קרא עוד
המפה המדויקת הראשונה של העולם נוצרה. מה רע בכולם?
אוראנוס קיבל את מעמדו של כוכב הלכת המוזר ביותר במערכת השמש. למה?
נאס"א סיפרה כיצד הם יעבירו דגימות של מאדים לכדור הארץ
שדה היגס מספק הפרה ספונטניתסימטריה של אינטראקציות חשמליות עקב שבירת סימטריית הוואקום, על שם מפתח התיאוריה שלה, הפיזיקאי הבריטי פיטר היגס. הקוונט של שדה זה הוא חלקיק ההיגס (בוזון היגס).
בוזונים W ו- Z - חלקיקים בסיסיים,נשאים של אינטראקציה חלשה. תגליתם נחשבת לאחת ההצלחות הגדולות של המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים. חלקיק ה- W נקרא על שם האות הראשונה של שם האינטראקציה - אינטראקציה חלשה
פחמן 14 הוא נוקלאיד רדיואקטיבי של היסוד הכימי פחמן עם האטום מספר 6 והמסה מספר 14.
איזוטופים חנקן הם סוגים של אטומים כימייםיסוד חנקן, בעל תוכן שונה של נויטרונים בגרעין. חנקן טבעי מורכב משני איזוטופים יציבים ¹⁴N ו- ¹⁵N עם ריכוזים אטומיים של 0.99636 ו- 0.00364, בהתאמה.
חלקיק ניטרלי הוא חלקיק אלמנטרי, לאבעל מטען חשמלי. חלקיקים נייטרליים כוללים, למשל, פוטון, נויטרון, ניטרינו. עם זאת, לחלקיקים נייטרליים יכול להיות רגע מגנטי ורגעים חשמליים בעלי רב קוטביות גבוהה יותר, למשל, רגע של קוואדרופול.
כוחה של תגובה נורמלית הוא כוח הפועל עליוהגוף מצד התומך ומכוון בניצב למשטח המגע. מופץ על שטח אזור המגע. יש לקחת בחשבון בעת ניתוח הדינמיקה של תנועת הגוף. דמויות בחוק אמונטון-קולומב.