фундамент Всесвіту
Які сили ви знаєте?Сила тяжіння, натяг нитки, стиснення пружини, зіткнення тіл,
Варто врахувати, що на сьогоднішній день достеменно відомо існування чотирьох фундаментальних взаємодій (не рахуючи поля Хіггса):
Гравітація - гравітаційна взаємодія
Гравітація - це притягання між двома об'єктами, які мають масу або енергію.Кожен спостерігав цей фундаментальний вплив, і завдяки йому людина можеСила тяжіння проявляється в падінні каменя зі скелі; рух планети навколо зірки; морські припливи, за які він відповідаєГравітація є найбільш інтуїтивною і звичною з фундаментальних сил, але її нелегко пояснити.
Ісаак Ньютон був першим, хто запропонував ідею гравітації, нібито натхненну яблуком, що падає з дерева.Він описав це як буквальне тяжіння між двома об'єктами.Ейнштейн у своїй загальній теорії відносності (GR) припустив, що гравітація не є притяганням або силою.Навпаки, вона є наслідком викривлення об'єктами простору-часу.працює з простором-часом приблизно так само , як впливає велика куля, розміщена посередині аркуша паперуна цьому матеріалі, деформуючи його і змушуючи інші, більш дрібні предмети на аркуші падати до середини .
Закон всесвітнього тяжіння
Хоча гравітація скріплює планети, зірки, сонячні системи і навіть галактики, вона виявляється найслабшою з фундаментальних сил, особливо на молекулярному та атомному рівнях.Подумайте про це так: наскільки важко відірвати м'яч від землі?Всі ці дії протидіють гравітації всієї Землі.А на молекулярному та атомному рівнях гравітація майже не впливає на інші фундаментальні сили.
Слабка міцність і розпад частинок
Слабка взаємодія, або слабка ядерна взаємодія, відповідає за розпад частинок.Це буквальне перетворення одного типу субатомних частинок в інший.Наприклад, нейтрино, яке відхиляється від нейтрона, можеперетворити нейтрон на протон, а нейтрино на електрон.
Фізики описують цю взаємодію через обмін бозонами.Ці частинки, що несуть силу, а саме деякі типи частинок, відповідають за слабку взаємодію, електромагнітну взаємодію та сильну взаємодію.Коли субатомні частинки — протони, нейтрони та електрони — знаходяться на відстані 10−18 метрів (0,1% діаметра протона) одна від одної, вони можуть В результаті субатомні частинки розпадаються на нові.
Слабка взаємодія має вирішальне значення для реакцій ядерного синтезу. і виробляють енергію, необхідну для більшості форм життя тут, на Землі.До речі, саме тому археологи використовують вуглець-14 для визначення віку стародавніх кісток, дерева та інших артефактів, що жили раніше.Вуглець-14 має шість протонів і вісім нейтронів.Один з цих нейтронів розпадається на протон з утворенням азоту-14, який має сім протонів і сім нейтронів.Такий розпад відбувається з передбачуваною швидкістю, що дозволяє вченим визначити вікАртефакти.
електромагнітна сила
Електромагнітна сила (сила Лоренца) дієміж зарядженими частинками - негативно зарядженими електронами і позитивно зарядженими протонами. Протилежні заряди притягуються один до одного, а однакові - відштовхуються. Чим більше заряд, тим більше сила. І, як і гравітація, цю силу можна відчути.
Як випливає з назви, електромагнітна силаскладається з двох частин: електричної сили і магнітної сили. Спочатку фізики описували ці сили окремо один від одного, але пізніше зрозуміли, що вони є компонентами однієї.
Електричний компонент діє міжзарядженими частинками незалежно від того, рухаються вони чи ні, створюючи поле. За допомогою нього заряди можуть впливати один на одного. Але, як тільки вони починають рухатися, ці заряджені частинки проявляють і другу складову - магнітну силу. При русі вони створюють навколо себе магнітне поле. Тому, коли електрони проникають через провід, щоб, наприклад, зарядити комп'ютер або телефон або включити телевізор, провід стає магнітним.
Електромагнітні сили передаються міжзарядженими частинками за допомогою обміну безмасовими, що несуть силу бозонами - фотонами, які також є частинками світла. Однак фотони, що несуть силу, є інше їх прояв. За даними університету Теннессі в Ноксвілл, вони віртуальні і не піддаються виявленню, хоча, технічно, є тими ж частками, що і реальна і обнаруживаемая версія фотонів.
Електромагнітна сила відповідальна за деякіз найбільш часто зустрічаються явищ: тертя, пружність, нормальну силу і силу, яка утримує тверді тіла разом в заданій формі. Вона навіть відповідає за опір, з яким стикаються, наприклад, птиці та літаки. Це відбувається через взаємодію заряджених (або нейтральних) часток один з одним. Наприклад, нормальна сила, яка утримує книгу на столі (замість сили тяжіння, що притягає книгу до землі), є наслідком того, що електрони в атомах столу відштовхують електрони в атомах книги.
Сильна взаємодія - в трильйони трильйони трильйонів сильніше гравітації
Сильна ядерна сила, або сильне ядерневзаємодія - найпотужніше з чотирьох фундаментальних сил природи. За даними HyperPhysics, це в 6 тисяч трильйонів трильйонів трильйонів (це 39 нулів після 6) разів сильніше сили тяжіння. Справа в тому, що вона пов'язує фундаментальні частинки матерії разом, щоб сформувати більші частки. Він утримує разом кварки, з яких складаються протони і нейтрони, а частина сильної взаємодії також утримує разом протони і нейтрони ядра атома.
Подібно слабкому взаємодії, сильневзаємодія діє тільки тоді, коли субатомні частинки знаходяться дуже близько один до одного. Вони повинні бути десь в межах 10-15 метрів один від одного (приблизно в межах діаметра протона).
Однак сильну взаємодію можна назвати «дивним».Справа в тому, що, на відміну відІнші фундаментальні сили слабшають у міру того, як субатомні частинки наближаються одна до одної.Як пишуть дослідники Fermilab, сильна сила досягає своєї максимальної «сили», коли частинки знаходяться якомога далі одна від одноїПотрапляючи в зону дії, безмасові заряджені бозони — глюони — передаютьДіє крихітна частка сильної сили — залишкова сильна силаміж протонами і нейтронами.Протони в ядрі відштовхуються один від одного.Через їх однакового заряду, але залишкова сильна сила можеСаме тому частинки залишаються зв'язаними в ядрі атома.
Велике об'єднання і теорія всього
Невирішене питання про чотири фундаментальні сили полягає в тому, чи дійсно вони є проявами єдиної великої сили Всесвіту.Якщо так, то кожен з них повинен вміти зливатися з іншими, і вже є докази того, що вони можуть.
Фізики Шелдон Глешоу і Стівен Вайнберг зГарвардського університету з Абдусом Саламом з Імперського коледжу Лондона отримали Нобелівську премію з фізики в 1979 році за об'єднання електромагнітної сили зі слабкою силою для формування концепції електрослабкої сили. Фізики, що працюють над створенням теорією Великого об'єднання, прагнуть об'єднати електрослабкої взаємодія з сильним, щоб визначити електронно-ядерна. Раніше його передбачали моделі, однак воно ще не спостерігалося. Останній шматок головоломки зажадав би об'єднання гравітації з електронно-ядерної силою для розробки теорії всього - основи, яка могла б пояснити весь Всесвіт.
Однак фізикам було досить складно об'єднатимікроскопічний світ з макроскопічними. У великих і, особливо, астрономічних масштабах гравітація домінує і найкраще описується загальною теорією відносності Ейнштейна. Але на молекулярному, атомному або субатомному рівні квантова механіка найкраще описує світ природи. І, до сих пір, ніхто не придумав доброго способу об'єднати ці два світи.
Читати далі
Створено першу точна карта світу. Що не так з усіма іншими?
Уран отримав статус самої дивної планети в Сонячній системі. Чому?
У НАСА розповіли, як вони доставлять зразки Марса на Землю
Поле Хіггса забезпечує спонтанне порушеннясиметрії електрослабкої взаємодії завдяки порушенню симетрії вакууму, названо по імені розробника його теорії, британського фізика Пітера Хіггса. Квант цього поля - хиггсовских частка (хіггсовський бозон).
W- і Z-бозони - фундаментальні частинки,переносники слабкої взаємодії. Їх відкриття вважається одним з найголовніших успіхів Стандартної моделі фізики елементарних частинок. W-частка названа по першій букві назви взаємодії - слабке взаємодія
Вуглець-14 - радіоактивний нуклід хімічного елемента вуглецю з атомним номером 6 і масовим числом 14.
Ізотопи азоту - різновиди атомів хімічногоелемента азоту, що мають різний зміст нейтронів в ядрі. Природний азот складається з двох стабільних ізотопів ¹⁴N і ¹⁵N з атомними концентраціями 0,99636 і 0,00364 відповідно.
Нейтральна частинка - елементарна частинка, що немає електричного заряду. До нейтральним частинкам, відносяться, наприклад, фотон, нейтрон, нейтрино. Нейтральні частинки можуть мати, однак, магнітний момент і електричні моменти вищої мультипольності, наприклад, квадрупольний момент.
Сила нормальної реакції - сила, що діє натіло з боку опори і спрямована перпендикулярно до поверхні зіткнення. Розподілена за площею зони зіткнення. Слід обліковувати при аналізі динаміки руху тіла. Фігурує в законі Амонтона - Кулона.