รากฐานของจักรวาล
คุณรู้พลังอะไรบ้าง? แรงโน้มถ่วง ความตึงของเกลียว แรงอัดของสปริง การชนกันของตัวถัง
เป็นเรื่องที่ควรพิจารณาว่าทุกวันนี้การมีอยู่ของการโต้ตอบพื้นฐานสี่ประการ (ไม่นับสนามฮิกส์) เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว:
แรงโน้มถ่วง - ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง
แรงโน้มถ่วงคือแรงดึงดูดระหว่างคนสองคนวัตถุที่มีมวลหรือพลังงาน ทุกคนได้สังเกตเห็นอิทธิพลพื้นฐานนี้แล้ว และด้วยเหตุนี้บุคคลจึงสามารถนั่ง ยืน หรือนอนราบได้ แรงโน้มถ่วงปรากฏให้เห็นเมื่อก้อนหินตกลงมาจากหน้าผา การเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ กระแสน้ำซึ่งดวงจันทร์เป็นผู้รับผิดชอบ แรงโน้มถ่วงเป็นแรงพื้นฐานที่เข้าใจง่ายและคุ้นเคยที่สุด แต่ก็ไม่ใช่วิธีอธิบายที่ง่ายที่สุด
ไอแซก นิวตันเป็นคนแรกที่เสนอแนวคิดนี้แรงโน้มถ่วง ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากแอปเปิ้ลที่ตกลงมาจากต้นไม้ เขาอธิบายว่ามันเป็นแรงดึงดูดที่แท้จริงระหว่างวัตถุสองชิ้น หลายศตวรรษต่อมา อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เสนอในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GR) ว่าแรงโน้มถ่วงไม่ใช่แรงดึงดูดหรือพลัง แต่มันเป็นผลมาจากวัตถุที่บิดงอกาลอวกาศ วัตถุขนาดใหญ่ทำงานกับกาล-อวกาศในลักษณะเดียวกับที่ลูกบอลขนาดใหญ่วางอยู่ตรงกลางแผ่นกระดาษส่งผลกระทบต่อวัสดุนั้น ทำให้วัตถุเปลี่ยนรูปและทำให้วัตถุขนาดเล็กอื่นๆ บนแผ่นตกลงไปตรงกลาง
กฎของความโน้มถ่วงสากล
แม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะยึดดาวเคราะห์ไว้ด้วยกันระบบสุริยะ หรือแม้แต่กาแล็กซี กลายเป็นแรงพื้นฐานที่อ่อนแอที่สุด โดยเฉพาะในระดับโมเลกุลและอะตอม ลองคิดดู: การนำลูกบอลขึ้นจากพื้นนั้นยากแค่ไหน? หรือยกขาของคุณ? หรือกระโดด? การกระทำทั้งหมดนี้ต่อต้านแรงโน้มถ่วงของโลกทั้งใบ และในระดับโมเลกุลและอะตอม แรงโน้มถ่วงแทบไม่มีผลกระทบต่อแรงพื้นฐานอื่นๆ
แรงอ่อนและการสลายตัวของอนุภาค
แรงอ่อนหรือแรงนิวเคลียร์อ่อนมีหน้าที่ในการสลายตัวของอนุภาค นี่คือการเปลี่ยนแปลงตามตัวอักษรของอนุภาคย่อยของอะตอมชนิดหนึ่งไปเป็นอีกอนุภาคหนึ่ง ตัวอย่างเช่น นิวตริโนที่เบี่ยงเบนไปจากนิวตรอนสามารถเปลี่ยนนิวตรอนให้เป็นโปรตอน และนิวตริโนเป็นอิเล็กตรอนได้
นักฟิสิกส์อธิบายปฏิสัมพันธ์นี้ผ่านการแลกเปลี่ยนโบซอน อนุภาคที่แบกแรงเหล่านี้ บางชนิดคือบางชนิด มีหน้าที่รับผิดชอบต่อแรงอ่อน แรงแม่เหล็กไฟฟ้า และแรงอย่างสูง ในแรงอ่อน โบซอนจะมีประจุเรียกว่าโบซอน W และ Z เมื่ออนุภาคย่อยของอะตอม ได้แก่ โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน อยู่ในรัศมี 10 ถึง 18 เมตร (0.1% ของเส้นผ่านศูนย์กลางของโปรตอน) ซึ่งกันและกัน พวกมันจะแลกเปลี่ยนโบซอนเหล่านี้ได้ เป็นผลให้อนุภาคย่อยของอะตอมแตกตัวเป็นอนุภาคใหม่
การมีเพศสัมพันธ์ที่อ่อนแอเป็นสิ่งสำคัญสำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน สิ่งเหล่านี้คือสิ่งที่ให้พลังงานแก่ดวงอาทิตย์และผลิตพลังงานที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่บนโลกนี้ อย่างไรก็ตาม นี่คือสาเหตุที่นักโบราณคดีใช้คาร์บอน-14 เพื่อระบุอายุของกระดูกโบราณ ไม้ และสิ่งประดิษฐ์อื่นๆ ที่ยังมีชีวิตอยู่ก่อนหน้านี้ คาร์บอน-14 มีโปรตอน 6 ตัวและนิวตรอน 8 ตัว นิวตรอนตัวหนึ่งสลายตัวเป็นโปรตอนจนเกิดเป็นไนโตรเจน-14 ซึ่งมีโปรตอน 7 ตัวและนิวตรอน 7 ตัว การเสื่อมสลายนี้เกิดขึ้นในอัตราที่คาดเดาได้ ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุอายุของสิ่งประดิษฐ์ได้
แรงแม่เหล็กไฟฟ้า
แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (แรงลอเรนซ์) ทำหน้าที่ระหว่างอนุภาคที่มีประจุ - อิเล็กตรอนที่มีประจุลบและโปรตอนที่มีประจุบวก ประจุตรงข้ามดึงดูดซึ่งกันและกันในขณะที่ประจุที่เหมือนกันจะขับไล่ ยิ่งชาร์จไฟก็ยิ่งมากขึ้น และเช่นเดียวกับแรงโน้มถ่วงแรงนี้สามารถสัมผัสได้
ตามชื่อที่แนะนำคือแรงแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยสองส่วนคือแรงไฟฟ้าและแรงแม่เหล็ก ในตอนแรกนักฟิสิกส์อธิบายว่ากองกำลังเหล่านี้แยกออกจากกัน แต่ภายหลังตระหนักว่าพวกมันเป็นส่วนประกอบของหนึ่ง
ส่วนประกอบทางไฟฟ้าทำหน้าที่ระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าไม่ว่าจะเคลื่อนที่หรือไม่สร้างสนามก็ตาม ด้วยเหตุนี้ค่าใช้จ่ายสามารถมีอิทธิพลต่อกันและกัน แต่ทันทีที่พวกมันเริ่มเคลื่อนที่อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเหล่านี้ก็แสดงองค์ประกอบที่สองนั่นคือแรงแม่เหล็ก เมื่อพวกมันเคลื่อนที่พวกมันจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบตัวพวกมัน ดังนั้นเมื่ออิเล็กตรอนทะลุผ่านลวดเช่นชาร์จคอมพิวเตอร์หรือโทรศัพท์หรือเปิดทีวีลวดจะกลายเป็นแม่เหล็ก
แรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกส่งระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าผ่านการแลกเปลี่ยนโบซอนที่ไม่มีมวลและมีพลัง - โฟตอนซึ่งเป็นอนุภาคของแสงเช่นกัน อย่างไรก็ตามโฟตอนแบกรับแรงเป็นอีกสิ่งหนึ่ง จากข้อมูลของมหาวิทยาลัยเทนเนสซีที่นอกซ์วิลล์กล่าวว่าพวกมันเป็นเสมือนจริงและตรวจไม่พบแม้ว่าในทางเทคนิคแล้วพวกมันจะเป็นอนุภาคเดียวกับโฟตอนจริงและตรวจจับได้
แรงแม่เหล็กไฟฟ้ามีส่วนรับผิดชอบต่อบางส่วนปรากฏการณ์ที่พบบ่อยที่สุด: แรงเสียดทานความยืดหยุ่นแรงปกติและแรงที่จับของแข็งเข้าด้วยกันในรูปร่างที่กำหนด เธอยังต้องรับผิดชอบต่อความต้านทานที่นกและเครื่องบินเผชิญอยู่ เกิดจากปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคที่มีประจุ (หรือเป็นกลาง) ซึ่งกันและกัน ตัวอย่างเช่นแรงปกติที่ถือหนังสือไว้บนโต๊ะ (แทนที่จะเป็นแรงโน้มถ่วงดึงหนังสือไปที่พื้น) เป็นผลมาจากการที่อิเล็กตรอนในอะตอมของโต๊ะขับไล่อิเล็กตรอนในอะตอมของหนังสือ
Strong Force - Trillions Trillions Trillions แข็งแกร่งกว่าแรงโน้มถ่วง
แรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งหรือนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งปฏิสัมพันธ์เป็นพลังพื้นฐานทั้งสี่ของธรรมชาติที่ทรงพลังที่สุด ตาม HyperPhysics นี่คือ 6 พันล้านล้านล้านล้านล้านล้าน (นั่นคือ 39 ศูนย์หลังจาก 6) แรงกว่าแรงโน้มถ่วง นี่เป็นเพราะมันเชื่อมโยงอนุภาคพื้นฐานของสสารเข้าด้วยกันเพื่อสร้างอนุภาคขนาดใหญ่ขึ้น มันจับควาร์กที่ประกอบเป็นโปรตอนและนิวตรอนไว้ด้วยกันและส่วนหนึ่งของแรงที่แข็งแกร่งยังจับโปรตอนและนิวตรอนของนิวเคลียสของอะตอมไว้ด้วยกัน
เช่นเดียวกับพลังที่อ่อนแอแข็งแกร่งปฏิสัมพันธ์จะใช้ได้เฉพาะเมื่ออนุภาคย่อยของอะตอมอยู่ใกล้กันมากเท่านั้น พวกมันควรอยู่ห่างจากกันไม่เกิน 10-15 เมตร (โดยประมาณภายในเส้นผ่านศูนย์กลางของโปรตอน)
อย่างไรก็ตามสามารถเรียกได้ว่ามีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง"แปลก". ความจริงก็คือว่า มันจะอ่อนลงเมื่ออนุภาคย่อยอะตอมเข้าใกล้กัน ซึ่งต่างจากแรงพื้นฐานอื่นๆ ดังที่นักวิจัย Fermilab เขียนไว้ ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงจะไปถึง "ความแข็งแกร่ง" สูงสุดเมื่ออนุภาคอยู่ห่างกันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เมื่ออยู่ในระยะ โบซอนหรือกลูออนที่มีประจุไร้มวลจะส่งพลังอันแข็งแกร่งระหว่างควาร์กและทำให้มัน "ติดกัน" เศษเสี้ยวเล็ก ๆ ของแรงอย่างแรง (แรงที่เหลือ) ทำหน้าที่ระหว่างโปรตอนและนิวตรอน โปรตอนในนิวเคลียสจะผลักกันเนื่องจากมีประจุใกล้เคียงกัน แต่แรงที่หลงเหลืออยู่สามารถเอาชนะกระบวนการนี้ได้ นี่คือเหตุผลว่าทำไมอนุภาคจึงยังคงเกาะติดกันในนิวเคลียสของอะตอม
การรวมกันที่ยิ่งใหญ่และทฤษฎีของทุกสิ่ง
ปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขของสี่พลังพื้นฐานก็คือว่ามันเป็นการสำแดงพลังอันยิ่งใหญ่เพียงหนึ่งเดียวในจักรวาลอย่างแท้จริงหรือไม่ หากเป็นกรณีนี้ แต่ละคนควรจะสามารถรวมเข้ากับคนอื่นๆ ได้ และมีหลักฐานอยู่แล้วว่าพวกเขาสามารถทำได้
นักฟิสิกส์ Sheldon Glashow และ Steven Weinberg จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดร่วมกับอับดุสซาลามแห่งอิมพีเรียลคอลเลจลอนดอนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี พ.ศ. 2522 จากการรวมแรงแม่เหล็กไฟฟ้ากับแรงที่อ่อนแอเพื่อสร้างแนวคิดของแรงไฟฟ้า นักฟิสิกส์ที่ทำงานเกี่ยวกับการสร้างทฤษฎีของ Grand Unification พยายามที่จะรวมปฏิสัมพันธ์ของ electroweak กับอันที่แข็งแกร่งเพื่อกำหนดอิเล็กตรอน - นิวเคลียร์ ก่อนหน้านี้มีการคาดการณ์โดยแบบจำลอง แต่ยังไม่มีการสังเกต ชิ้นส่วนสุดท้ายของปริศนานั้นต้องการการรวมแรงโน้มถ่วงเข้ากับแรงอิเล็กตรอน - นิวเคลียร์เพื่อพัฒนาทฤษฎีของทุกสิ่งซึ่งเป็นรากฐานที่สามารถอธิบายจักรวาลทั้งหมดได้
อย่างไรก็ตามนักฟิสิกส์พบว่ามันค่อนข้างยากที่จะรวมเข้าด้วยกันโลกด้วยกล้องจุลทรรศน์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ ในขนาดใหญ่และโดยเฉพาะอย่างยิ่งทางดาราศาสตร์แรงโน้มถ่วงจะครอบงำและอธิบายได้ดีที่สุดโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ แต่ในระดับโมเลกุลอะตอมหรือย่อยกลศาสตร์ควอนตัมอธิบายโลกธรรมชาติได้ดีที่สุด และจนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครคิดวิธีที่ดีในการนำโลกทั้งสองนี้มารวมกัน
อ่านเพิ่มเติม
แผนที่แรกที่แม่นยำของโลกถูกสร้างขึ้น คนอื่นผิดอะไร
ดาวมฤตยูได้รับสถานะของดาวเคราะห์ที่แปลกประหลาดที่สุดในระบบสุริยะ ทำไม?
NASA บอกว่าพวกเขาจะส่งตัวอย่างของดาวอังคารมายังโลกได้อย่างไร
ฟิลด์ Higgs ให้การละเมิดที่เกิดขึ้นเองความสมมาตรของปฏิสัมพันธ์ด้วยไฟฟ้าอันเนื่องมาจากการแตกหักของสมมาตรสุญญากาศซึ่งตั้งชื่อตามผู้พัฒนาทฤษฎีคือ Peter Higgs นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ควอนตัมของสนามนี้คืออนุภาคฮิกส์ (ฮิกส์โบซอน)
W- และ Z-bosons - อนุภาคพื้นฐานผู้ให้บริการปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ การค้นพบของพวกเขาถือเป็นหนึ่งในความสำเร็จที่สำคัญของแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค อนุภาค W ตั้งชื่อตามอักษรตัวแรกของชื่อปฏิสัมพันธ์ - ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ
คาร์บอน -14 เป็นนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีของคาร์บอนองค์ประกอบทางเคมีที่มีเลขอะตอม 6 และเลขมวล 14
ไอโซโทปของไนโตรเจนเป็นอะตอมเคมีชนิดต่างๆธาตุไนโตรเจนซึ่งมีปริมาณนิวตรอนต่างกันในนิวเคลียส ไนโตรเจนธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปเสถียร¹⁴Nและ¹⁵Nที่มีความเข้มข้นของอะตอมเท่ากับ 0.99636 และ 0.00364 ตามลำดับ
อนุภาคที่เป็นกลางเป็นอนุภาคมูลฐานไม่ใช่มีประจุไฟฟ้า อนุภาคที่เป็นกลาง ได้แก่ โฟตอนนิวตรอนนิวตริโน อย่างไรก็ตามอนุภาคที่เป็นกลางสามารถมีโมเมนต์แม่เหล็กและโมเมนต์ไฟฟ้าที่มีหลายขั้วสูงกว่าตัวอย่างเช่นโมเมนต์กำลังสอง
แรงของปฏิกิริยาปกติคือแรงที่กระทำต่อร่างกายจากด้านข้างของส่วนรองรับและตั้งฉากกับพื้นผิวสัมผัส กระจายไปทั่วพื้นที่ของเขตติดต่อ เพื่อนำมาพิจารณาในการวิเคราะห์พลวัตของการเคลื่อนไหวของร่างกาย ตัวเลขในกฎหมาย Amonton-Coulomb