Grunden till universum
Vilka krafter känner du till? Tyngdkraft, trådspänning, fjäderkompression, kroppskollisioner,
Det är värt att överväga att existensen av fyra grundläggande interaktioner idag är tillförlitligt känd (icke räknar Higgs-fältet):
Gravitation - gravitationsinteraktion
Tyngdkraften är attraktionen mellan tvåföremål som har massa eller energi. Alla har observerat denna grundläggande påverkan och tack vare den kan en person sitta, stå eller ligga ner. Gravitationskraften visar sig i fall av en sten från en klippa; planetens rörelse runt stjärnan; havsvatten, som månen är ansvarig för. Tyngdkraften är den mest intuitiva och välbekanta av de grundläggande krafterna, men den är inte den lättaste att förklara.
Isaac Newton var den första som föreslog idéngravitationen, förmodligen inspirerad av ett äpple som faller från ett träd. Han beskrev det som en bokstavlig attraktion mellan två föremål. Århundraden senare föreslog Albert Einstein i sin allmänna relativitetsteori (GR) att gravitationen inte är en attraktion eller en kraft. Istället är det en konsekvens av att objekt böjer rumtiden. Ett stort föremål arbetar med rum-tid på ungefär samma sätt som en stor boll placerad i mitten av ett pappersark påverkar det materialet, deformerar det och får andra, mindre föremål på arket att falla mot mitten.
Lagen om universell gravitation
Även om gravitationen håller ihop planeterna,stjärnor, solsystem och till och med galaxer, visar det sig vara den svagaste av de grundläggande krafterna, särskilt på molekylär och atomär nivå. Tänk på det så här: hur svårt är det att få bollen från marken? Eller höja benet? Eller hoppa? Alla dessa handlingar motverkar hela jordens gravitation. Och på molekylär och atomär nivå har gravitationen nästan ingen effekt på andra fundamentala krafter.
Svag kraft och partikelsönderfall
Den svaga kraften, eller den svaga kärnkraften,är ansvarig för sönderfallet av partiklar. Detta är den bokstavliga omvandlingen av en typ av subatomär partikel till en annan. Till exempel kan en neutrino som avviker från en neutron förvandla en neutron till en proton och en neutrino till en elektron.
Fysiker beskriver denna interaktion genom ett utbytebosoner. Dessa kraftbärande partiklar, nämligen några av deras typer, är ansvariga för den svaga kraften, den elektromagnetiska kraften och den starka kraften. I den svaga kraften är bosonerna laddade partiklar som kallas W- och Z-bosoner. När subatomära partiklar – protoner, neutroner och elektroner – befinner sig inom 10 till 18 meter (0,1 % av en protons diameter) från varandra, kan de byta ut dessa bosoner. Som ett resultat bryts subatomära partiklar upp till nya partiklar.
Svag koppling är kritisk förkärnfusionsreaktioner. Det är de som driver solen och producerar den energi som behövs för de flesta former av liv här på jorden. Förresten, det är därför arkeologer använder kol-14 för att bestämma åldern på forntida ben, trä och andra tidigare levande artefakter. Kol-14 har sex protoner och åtta neutroner. En av dessa neutroner sönderfaller till en proton och bildar kväve-14, som har sju protoner och sju neutroner. Detta förfall sker i en förutsägbar hastighet, vilket gör det möjligt för forskare att fastställa artefakters ålder.
Elektromagnetisk kraft
Elektromagnetisk kraft (Lorentz-kraft) verkarmellan laddade partiklar - negativt laddade elektroner och positivt laddade protoner. Motsatta laddningar lockar varandra, medan identiska avgifter stöter bort. Ju mer laddning, desto mer kraft. Och som gravitationen kan denna kraft kännas.
Som namnet antyder, elektromagnetisk kraftbestår av två delar: elektrisk kraft och magnetisk kraft. Först beskrev fysiker dessa krafter åtskilda från varandra, men insåg senare att de är komponenter i en.
Den elektriska komponenten fungerar mellanladdade partiklar, oavsett om de rör sig eller inte, skapar ett fält. Med det kan avgifter påverka varandra. Men så snart de börjar röra sig uppvisar dessa laddade partiklar också den andra komponenten - magnetisk kraft. När de rör sig skapar de ett magnetfält runt sig. Därför, när elektroner tränger in i ledningen för att till exempel ladda en dator eller telefon eller slå på en TV, blir ledningen magnetisk.
Elektromagnetiska krafter överförs mellanladdade partiklar genom utbyte av masslösa, kraftbärande bosoner - fotoner, som också är ljuspartiklar. Men fotoner som bär kraft är en annan manifestation av dem. Enligt University of Tennessee i Knoxville är de virtuella och omöjliga att upptäcka, även om de tekniskt sett är samma partiklar som den verkliga och detekterbara versionen av fotoner.
Elektromagnetisk kraft är ansvarig för vissaav de vanligaste fenomenen: friktion, elasticitet, normal kraft och kraften som håller fasta ämnen i en given form. Hon är till och med ansvarig för det motstånd som fåglar och flygplan står inför, till exempel. Detta beror på interaktionen mellan laddade (eller neutrala) partiklar med varandra. Till exempel är den normala kraften som håller en bok på ett bord (istället för att tyngdkraften drar boken till marken) en konsekvens av att elektronerna i bordets atomer stöter bort elektronerna i bokens atomer.
Stark kraft - biljoner biljoner biljoner starkare än tyngdkraften
Stark kärnkraft, eller stark kärnkraftinteraktion är den mest kraftfulla av de fyra grundläggande naturkrafterna. Enligt HyperPhysics är detta 6 000 biljoner biljoner biljoner (det är 39 nollor efter 6) gånger starkare än gravitationen. Detta beror på att den binder samman grundläggande partiklar av materia för att bilda större partiklar. Det håller samman kvarkerna som utgör protoner och neutroner, och en del av den starka kraften håller också samman protonerna och neutronerna i atomkärnan.
Som en svag kraft, en starkinteraktion fungerar bara när de subatomära partiklarna är mycket nära varandra. De bör vara någonstans inom 10-15 meter från varandra (ungefär inom protonens diameter).
Det starka samspelet kan dock kallas"konstig". Faktum är att den, till skillnad från andra fundamentala krafter, blir svagare när subatomära partiklar närmar sig varandra. Som Fermilab-forskarna skriver når den starka interaktionen sin maximala "styrka" när partiklarna är så långt ifrån varandra som möjligt. Väl inom räckhåll överför masslösa laddade bosoner – gluoner – den starka kraften mellan kvarkar och håller dem "sammanlimmade". En liten bråkdel av den starka kraften - den kvarvarande starka kraften - verkar mellan protoner och neutroner. Protoner i kärnan stöter bort varandra på grund av deras liknande laddning, men en kvarvarande stark kraft kan övervinna denna process. Det är därför partiklar förblir sammanbundna i en atoms kärna.
Den stora föreningen och teorin om allt
Den olösta frågan om fyrafundamentala krafter är om de verkligen är en manifestation av den enda stora kraften i universum. Om så är fallet bör var och en av dem kunna gå samman med de andra, och det finns redan bevis för att de kan.
Fysikerna Sheldon Glashow och Steven Weinberg frånHarvard University med Abdus Salam från Imperial College London fick Nobelpriset i fysik 1979 för att kombinera elektromagnetisk kraft med svag kraft för att bilda begreppet elektrosvag kraft. Fysiker som arbetar med att skapa teorin om Grand Unification försöker kombinera elektrosvag interaktion med den starka för att definiera den elektron-nukleära. Det förutspåddes tidigare av modeller, men har ännu inte observerats. Den sista biten i pusslet skulle kräva en kombination av gravitation med elektron-kärnkraft för att utveckla en teori om allt - grunden som skulle kunna förklara hela universum.
Emellertid tyckte fysiker att det var ganska svårt att kombineramikroskopisk värld med makroskopisk. I stor och särskilt astronomisk skala dominerar tyngdkraften och beskrivs bäst av Einsteins allmänna relativitetsteori. Men på molekylär, atom- eller subatomär nivå beskriver kvantmekanik bäst den naturliga världen. Och hittills har ingen kommit på ett bra sätt att föra samman dessa två världar.
Läs mer
Den första exakta världskartan skapades. Vad är fel med alla andra?
Uranus har fått status som den konstigaste planeten i solsystemet. Varför?
NASA berättade hur de kommer att leverera prover av Mars till jorden
Higgs-fältet ger spontan överträdelsesymmetri av elektrosvaga interaktioner på grund av vakuumsymmetriens brott, uppkallad efter utvecklaren av dess teori, den brittiska fysikern Peter Higgs. Kvantet för detta fält är Higgs-partikeln (Higgs-bosonen).
W- och Z-bosoner - grundläggande partiklar,bärare av svag interaktion. Deras upptäckt anses vara en av de största framgångarna med standardmodellen för partikelfysik. W-partikeln är uppkallad efter den första bokstaven i interaktionsnamnet - svag interaktion
Kol-14 är en radioaktiv nuklid av det kemiska grundämnet kol med atomnummer 6 och massnummer 14.
Kväveisotoper är sorter av kemiska atomergrundämnet kväve, med olika innehåll av neutroner i kärnan. Naturligt kväve består av två stabila isotoper ¹⁴N och ¹⁵N med atomkoncentrationer på 0,99636 respektive 0,00364.
En neutral partikel är inte en elementär partikelhar en elektrisk laddning. Neutrala partiklar inkluderar till exempel en foton, en neutron, en neutrino. Neutrala partiklar kan emellertid ha ett magnetiskt moment och elektriska moment med högre multipolaritet, till exempel ett kvadrupolmoment.
Kraften hos en normal reaktion är en kraft som verkar påkroppen från sidan av stödet och riktad vinkelrätt mot kontaktytan. Fördelas över området för kontaktzonen. Att beaktas vid analys av dynamiken i kroppsrörelser. Siffror i Amonton-Coulomb-lagen.