od chůze po ulici, po vypuštění rakety do vesmíru, přilepení magnetu na lednici, fyzické síly působí všude kolem nás. Ale všechny síly, které zažíváme každý den (a mnozí to neuvědomujeme, můžeme zažít každý den), může být smrskl na pouhé čtyři základní síly:
- Gravitace.
- slabá síla.
- elektromagnetismus.
- silná síla.
tyto se nazývají čtyři základní síly přírody a řídí vše, co se děje ve vesmíru.,
Gravitace
Gravitace je přitažlivost mezi dvěma objekty, které mají hmotnost nebo energii, ať už to je vidět na vrácení rock z mostu, planeta obíhající hvězdu nebo měsíc způsobuje přílivy oceánu. Gravitace je pravděpodobně nejintuitivnější a nejznámější ze základních sil, ale je to také jeden z nejnáročnějších vysvětlit.
Isaac Newton byl první, kdo navrhl myšlenku gravitace, údajně inspirovanou jablkem padajícím ze stromu. Gravitaci popsal jako doslovnou atrakci mezi dvěma objekty., O staletí později Albert Einstein navrhl prostřednictvím své teorie obecné relativity, že gravitace není přitažlivost ani síla. Místo toho je to důsledek objektů, které ohýbají časoprostor. Velký objekt pracuje na časoprostoru trochu jako to, jak velká koule umístěná uprostřed listu ovlivňuje tento materiál, deformuje ho a způsobuje, že další menší předměty na listu padají směrem ke středu.
přestože gravitace drží planety, hvězdy, sluneční soustavy a dokonce i galaxie dohromady, ukazuje se, že je nejslabší ze základních sil, zejména v molekulárních a atomových měřítcích., Přemýšlejte o tom takto: jak těžké je zvednout míč ze země? Nebo zvednout nohu? Nebo skočit? Všechny tyto akce působí proti gravitaci celé země. A na molekulární a atomové úrovni nemá gravitace téměř žádný účinek ve srovnání s ostatními základními silami.
Související: 6 Každodenní Věci, Které se Dějí Podivně ve Vesmíru
slabá síla
slabá síla, tzv. slabé jaderné interakce, je zodpovědný za částic rozpadu. Jedná se o doslovnou změnu jednoho typu subatomární částice na jinou., Například neutrino, které se zabloudí v blízkosti neutronu, může přeměnit neutron na proton, zatímco neutrino se stává elektronem.
fyzici popisují tuto interakci výměnou částic nesoucích sílu nazývaných bosony. Specifické druhy bosonů jsou zodpovědné za slabou sílu, elektromagnetickou sílu a silnou sílu. Ve slabé síle jsou bosony nabité částice zvané W A Z bosony. Když subatomární částice, jako jsou protony, neutrony a elektrony do 10^-18 m, nebo 0,1% z průměru protonu, jednoho jiný, oni mohou vyměňovat tyto bosony., V důsledku toho se subatomární částice rozpadají na nové částice, podle webu Hyperfyziky Georgia State University.
slabá síla je kritická pro reakce jaderné fúze, které pohánějí slunce a produkují energii potřebnou pro většinu forem života zde na Zemi. To je také důvod, proč archeologové mohou používat uhlík-14 K dnešnímu dni starověké kosti, dřevo a další dříve žijící artefakty. Uhlík-14 má šest protonů a osm neutronů; jeden z těchto neutronů se rozpadne na proton, aby se dusík-14, který má sedm protony a sedmi neutrony., Tento rozpad se děje předvídatelnou rychlostí, což vědcům umožňuje určit, jak staré jsou takové artefakty.
Elektromagnetická síla,
elektromagnetická síla, také se nazývá Lorentzova síla působí mezi nabitými částicemi, jako záporně nabité elektrony a kladně nabité protony. Protilehlé poplatky přitahují jeden druhého, zatímco jako náboje odpuzují. Čím větší je náboj, tím větší je síla. A podobně jako gravitace, tato síla může být cítit z nekonečné vzdálenosti (i když síla by byla v této vzdálenosti velmi, velmi malá).,
jak název napovídá, elektromagnetická síla se skládá ze dvou částí: elektrické síly a magnetické síly. Nejprve fyzici popsali tyto síly jako oddělené od sebe, ale vědci si později uvědomili, že tyto dvě jsou složky stejné síly.
elektrická složka působí mezi nabitými částicemi, ať už se pohybují nebo stacionární, vytváří pole, kterým se náboje mohou navzájem ovlivňovat. Jakmile se však tyto nabité částice uvedou do pohybu, začnou zobrazovat druhou složku, magnetickou sílu., Částice vytvářejí magnetické pole kolem nich, jak se pohybují. Takže když elektrony zoom přes drát nabíjet počítač nebo telefon nebo zapnout televizor, například, drát se stává magnetický.
Související: Jak Sluneční Magnetické Pole Funguje (Infographic)
Elektromagnetické síly jsou přenášeny mezi nabité částice prostřednictvím výměny nehmotné síly-přenášení bosony zvané fotony, které jsou také částice složky světla. Fotony nesoucí sílu, které se vyměňují mezi nabitými částicemi, jsou však jiným projevem fotonů., Jsou virtuální a nezjistitelné, i když jsou technicky stejné částice jako skutečný a zjistitelné verze, podle University of Tennessee, Knoxville.
elektromagnetická síla je zodpovědný za některé z nejčastěji zkušených jevy: třecí, pružnosti, normálové síly a síly drží pevných látek spolu v daném tvaru. Je to dokonce zodpovědný za táhnout, že ptáci, letadla a dokonce i Superman zkušenosti při létání. Tyto akce mohou nastat kvůli nabitým (nebo neutralizovaným) částicím, které vzájemně interagují., Normální síla, která drží knihu na stole (místo gravitace táhne knihu až k zemi), například, je důsledkem toho, že elektrony v tabulce atomy odpuzující elektrony v knize atomy.
silné jaderné síly
silné jaderné síly, tzv. silná jaderná interakce, je nejsilnější ze čtyř základních sil přírody. Je to 6 tisíc bilionů bilionů bilionů (to je 39 nul po 6!) krát silnější než síla gravitace, podle webu Hyperfyziky. A to proto, že spojuje základní částice hmoty dohromady a vytváří větší částice., Drží pohromadě kvarky, které tvoří protony a neutrony, a část silné síly také udržuje protony a neutrony atomového jádra pohromadě.
podobně jako slabá síla působí silná síla pouze tehdy, když jsou subatomární částice extrémně blízko sebe. Podle webu Hyperfyziky musí být někde do 10 až 15 metrů od sebe, nebo zhruba do průměru protonu.
silná síla je divné, protože na rozdíl od některého z dalších základních sil, to bude slabší, jako subatomární částice pohybovat blíže k sobě., Ve skutečnosti dosahuje maximální síly, když jsou částice nejdále od sebe, podle Fermilab. Jakmile jsou v dosahu, masově nabité bosony zvané gluony přenášejí silnou sílu mezi kvarky a udržují je „lepené“ dohromady. Nepatrný zlomek silné síly zvané zbytková silná síla působí mezi protony a neutrony. Protony v jádře navzájem odpuzovat, protože jejich podobné starosti, ale zbytková silná, může překonat tento odpor, takže částice zůstat vázány v atomu je jádro.,
Související: Jaderné Generátory Energie NASA Deep Space Sondy (Infographic)
Sjednocující povahy
zbývající otázka ze čtyř základních sil je, zda jsou to vlastně projevy jen jednu velkou silou vesmíru. Pokud ano, každý z nich by měl být schopen se spojit s ostatními, a už existují důkazy, že mohou.,
Fyzici Sheldon Glashow a Steven Weinberg z Harvardské Univerzity s Abdus Salam z Imperial College v Londýně získal Nobelovu Cenu za Fyziku v roce 1979 za sjednocení elektromagnetické síly s slabá síla tvořit koncept elektroslabých sil. Fyzikové se snaží najít tzv. grand sjednocené teorie cílem sjednocení elektroslabých sil se silnou silou definovat electronuclear síly, které modely předpovídali, ale vědci dosud pozorovány., Poslední kousek puzzle by pak vyžadují sjednocení gravitace s electronuclear síly k rozvoji tzv. teorie všeho, teoretický rámec, který by mohl vysvětlit celý vesmír.fyzici
však zjistili, že je velmi obtížné sloučit mikroskopický svět s makroskopickým. Ve velkých a zejména astronomických měřítcích dominuje gravitace a je nejlépe popsána Einsteinovou teorií obecné relativity. Ale v molekulárních, atomových nebo subatomárních měřítcích kvantová mechanika nejlépe popisuje přirozený svět., A zatím nikdo nepřišel s dobrým způsobem, jak spojit tyto dva světy.
Fyzici studovat kvantové gravitace cílem popsat síly, pokud jde o kvantovém světě, který by mohl pomoci s merge., Základem tohoto přístupu by byl objev gravitonů, teoretický boson gravitační síly nesoucí sílu. Gravitace je jedinou základní silou, kterou mohou fyzici v současné době popsat bez použití částic nesoucích sílu. Ale protože popisy všech ostatních základních sil, které vyžadují sílu nesoucí částice, vědci očekávají, že gravitony musí existovat na subatomární úrovni — vědci nenašli těchto částic.
dalším komplikujícím příběhem je neviditelná říše temné hmoty a temné energie, která tvoří zhruba 95% vesmíru., Není jasné, zda temná hmota a energie sestávají z jedné částice nebo celé sady částic, které mají své vlastní síly a messengerové bosony.
primární messenger částice současného zájmu je teoretické tmavě foton, který by zprostředkovat interakce mezi viditelný a neviditelný vesmír. Pokud by existovaly tmavé fotony, byly by klíčem k odhalení neviditelného světa temné hmoty a mohly by vést k objevu páté základní síly., Zatím však neexistují žádné důkazy o tom, že tmavé fotony existují, a některé výzkumy nabídly silný důkaz, že tyto částice neexistují.