Fundamentet til universet
Hvilke krefter kjenner du? Tyngdekraft, trådspenning, fjærkompresjon, kroppskollisjoner,
Det er verdt å vurdere at i dag er eksistensen av fire grunnleggende interaksjoner (ikke medregnet Higgs-feltet) pålitelig kjent:
Tyngdekraft - gravitasjonsinteraksjon
Tyngdekraften er tiltrekningen mellom togjenstander som har masse eller energi. Alle har observert denne grunnleggende påvirkningen, og takket være den kan en person sitte, stå eller ligge. Tyngdekraften manifesterer seg i fall av en stein fra en klippe; bevegelsen til planeten rundt stjernen; havvann, som månen er ansvarlig for. Tyngdekraften er den mest intuitive og kjente av de grunnleggende kreftene, men den er ikke den enkleste å forklare.
Isaac Newton var den første som foreslo ideengravitasjon, visstnok inspirert av et eple som faller fra et tre. Han beskrev det som en bokstavelig tiltrekning mellom to objekter. Århundrer senere foreslo Albert Einstein i sin generelle relativitetsteori (GR) at tyngdekraften ikke er en attraksjon eller en kraft. I stedet er det en konsekvens av at objekter bøyer romtiden. En stor gjenstand arbeider med rom-tid på omtrent samme måte som en stor ball plassert i midten av et papirark påvirker det materialet, deformerer det og får andre, mindre gjenstander på arket til å falle mot midten.
Loven om universell gravitasjon
Selv om tyngdekraften holder planetene sammen,stjerner, solsystemer og til og med galakser, viser det seg å være den svakeste av de grunnleggende kreftene, spesielt på molekylært og atomært nivå. Tenk på det på denne måten: hvor vanskelig er det å få ballen opp fra bakken? Eller heve beinet? Eller hoppe? Alle disse handlingene motvirker tyngdekraften til hele jorden. Og på molekylært og atomært nivå har tyngdekraften nesten ingen effekt på andre fundamentale krefter.
Svak kraft og partikkelforfall
Den svake kraften, eller svak kjernekraft,er ansvarlig for nedbrytning av partikler. Dette er den bokstavelige transformasjonen av en type subatomær partikkel til en annen. For eksempel kan et nøytrino som avviker fra et nøytron gjøre et nøytron til et proton, og et nøytrino til et elektron.
Fysikere beskriver denne interaksjonen gjennom en utvekslingbosoner. Disse kraftbærende partiklene, nemlig noen av deres typer, er ansvarlige for den svake kraften, den elektromagnetiske kraften og den sterke kraften. I den svake kraften er bosonene ladede partikler kalt W- og Z-bosoner. Når subatomære partikler – protoner, nøytroner og elektroner – er innenfor 10 til 18 meter (0,1 % av et protons diameter) fra hverandre, kan de bytte ut disse bosonene. Som et resultat bryter subatomære partikler opp til nye partikler.
Svak kobling er kritisk forkjernefysiske fusjonsreaksjoner. Det er de som driver solen og produserer energien som trengs for de fleste former for liv her på jorden. Forresten, dette er grunnen til at arkeologer bruker karbon-14 for å bestemme alderen til eldgamle bein, tre og andre tidligere levende gjenstander. Karbon-14 har seks protoner og åtte nøytroner. Ett av disse nøytronene forfaller til et proton og danner nitrogen-14, som har syv protoner og syv nøytroner. Dette forfallet skjer med en forutsigbar hastighet, noe som gjør det mulig for forskere å bestemme alderen på artefakter.
Elektromagnetisk kraft
Elektromagnetisk kraft (Lorentz-kraft) virkermellom ladede partikler - negativt ladede elektroner og positivt ladede protoner. Motsatte ladninger tiltrekker hverandre, mens identiske ladninger avviser. Jo mer lading, jo mer strøm. Og som tyngdekraften, kan denne kraften føles.
Som navnet antyder, elektromagnetisk kraftbestår av to deler: elektrisk kraft og magnetisk kraft. Først beskrev fysikere disse kreftene atskilt fra hverandre, men innså senere at de er komponenter i en.
Den elektriske komponenten virker mellomladede partikler, uansett om de beveger seg eller ikke, og skaper et felt. Med det kan ladninger påvirke hverandre. Men så snart de begynner å bevege seg, viser disse ladede partiklene også den andre komponenten - magnetisk kraft. Når de beveger seg, skaper de et magnetfelt rundt seg. Derfor, når elektroner trenger inn i ledningen for å for eksempel lade en datamaskin eller telefon eller slå på en TV, blir ledningen magnetisk.
Elektromagnetiske krefter overføres mellomladede partikler gjennom utveksling av masseløse, kraftbærende bosoner - fotoner, som også er lyspartikler. Imidlertid er fotoner som bærer kraft en annen manifestasjon av dem. Ifølge University of Tennessee i Knoxville er de virtuelle og ikke påviselige, selv om de teknisk sett er de samme partiklene som den virkelige og påviselige versjonen av fotoner.
Elektromagnetisk kraft er ansvarlig for noenav de vanligste fenomenene: friksjon, elastisitet, normal kraft og kraften som holder faste stoffer sammen i en gitt form. Hun er til og med ansvarlig for motstanden som for eksempel fugler og fly møter. Dette skyldes samspillet mellom ladede (eller nøytrale) partikler med hverandre. For eksempel er den normale kraften som holder en bok på et bord (i stedet for at tyngdekraften trekker boka til bakken) en konsekvens av at elektronene i bordets atomer frastøter elektronene i bokens atomer.
Sterk kraft - billioner billioner billioner sterkere enn tyngdekraften
Sterk kjernefysisk styrke, eller sterk kjernefysisk styrkeinteraksjon er den mektigste av de fire grunnleggende naturkreftene. Ifølge HyperPhysics er dette 6000 billioner billioner billioner (det er 39 nuller etter 6) ganger sterkere enn tyngdekraften. Dette er fordi den binder grunnleggende partikler av materie sammen for å danne større partikler. Den holder sammen kvarkene som utgjør protoner og nøytroner, og en del av den sterke kraften holder også sammen protonene og nøytronene i atomkjernen.
Som en svak kraft, en sterkinteraksjon fungerer bare når de subatomære partiklene er veldig nær hverandre. De skal være et sted innenfor 10-15 meter fra hverandre (omtrent innenfor protonens diameter).
Det sterke samspillet kan imidlertid kalles"rar". Faktum er at den, i motsetning til andre grunnleggende krefter, blir svakere når subatomære partikler nærmer seg hverandre. Som Fermilab-forskerne skriver, når den sterke interaksjonen sin maksimale "styrke" når partiklene er så langt fra hverandre som mulig. En gang innenfor rekkevidde, overfører masseløse ladede bosoner – gluoner – den sterke kraften mellom kvarker og holder dem «limt sammen». En liten brøkdel av den sterke kraften - den gjenværende sterke kraften - virker mellom protoner og nøytroner. Protoner i kjernen frastøter hverandre på grunn av deres lignende ladning, men en gjenværende sterk kraft kan overvinne denne prosessen. Dette er grunnen til at partikler forblir bundet sammen i kjernen til et atom.
Den store forening og teori om alt
Det uløste problemet med firefundamentale krefter er om de virkelig er en manifestasjon av den ene store kraften i universet. Hvis dette er tilfelle, bør hver av dem kunne slå seg sammen med de andre, og det er allerede bevis for at de kan.
Fysikerne Sheldon Glashow og Steven Weinberg fraHarvard University med Abdus Salam fra Imperial College London mottok Nobelprisen i fysikk i 1979 for å kombinere elektromagnetisk kraft med svak kraft for å danne begrepet elektrosvak kraft. Fysikere som jobber med å lage teorien om Grand Unification, søker å kombinere elektrosvak interaksjon med den sterke for å bestemme den elektron-kjernefysiske. Det ble tidligere spådd av modeller, men har ennå ikke blitt observert. Den siste delen av puslespillet ville kreve å kombinere tyngdekraften med elektron-atomkraft for å utvikle en teori om alt - fundamentet som kunne forklare hele universet.
Imidlertid fant fysikere det ganske vanskelig å kombineremikroskopisk verden med makroskopisk. I stor og spesielt astronomisk skala dominerer tyngdekraften og beskrives best av Einsteins generelle relativitetsteori. Men på molekylært, atom- eller subatomært nivå beskriver kvantemekanikken best den naturlige verden. Og til nå har ingen kommet på en god måte å bringe disse to verdenene sammen.
Les mer
Det første nøyaktige kartet over verden ble opprettet. Hva er galt med alle andre?
Uranus har mottatt statusen som den merkeligste planeten i solsystemet. Hvorfor?
NASA fortalte hvordan de vil levere prøver av Mars til jorden
Higgs-feltet gir spontan krenkelsesymmetri av elektrosvak interaksjoner på grunn av brudd på vakuumsymmetri, oppkalt etter utvikleren av sin teori, den britiske fysikeren Peter Higgs. Kvantumet i dette feltet er Higgs-partikkelen (Higgs-bosonen).
W- og Z-bosoner - grunnleggende partikler,bærere av svak interaksjon. Deres oppdagelse regnes som en av de største suksessene med standardmodellen for partikkelfysikk. W-partikkelen er oppkalt etter den første bokstaven i interaksjonsnavnet - svak interaksjon
Karbon-14 er et radioaktivt nuklid av det kjemiske elementet karbon med atomnummer 6 og massenummer 14.
Nitrogenisotoper er varianter av kjemiske atomergrunnstoff nitrogen, med forskjellig innhold av nøytroner i kjernen. Naturlig nitrogen består av to stabile isotoper ¹⁴N og ¹⁵N med atomkonsentrasjoner på henholdsvis 0,99636 og 0,00364.
En nøytral partikkel er ikke en elementær partikkelhar en elektrisk ladning. Nøytrale partikler inkluderer for eksempel et foton, et nøytron, et nøytrino. Nøytrale partikler kan imidlertid ha et magnetisk moment og elektriske øyeblikk med høyere multipolaritet, for eksempel et kvadrupolmoment.
Kraften til en normal reaksjon er en kraft som virker påkroppen fra siden av støtten og rett vinkelrett på kontaktflaten. Fordelt over området for kontaktsonen. Å bli tatt i betraktning når du analyserer dynamikken i kroppsbevegelse. Figurer i Amonton-Coulomb-loven.