fra at gå på gaden, til at lancere en raket i rummet, til at stikke en magnet på dit køleskab, virker fysiske kræfter rundt omkring os. Men alle de kræfter, vi oplever hver dag (og mange, som vi ikke er klar over, at vi oplever hver dag), kan skæres ned til kun fire grundlæggende kræfter:
- tyngdekraften.
- den svage kraft.
- elektromagnetisme.
- den stærke kraft.
Disse kaldes de fire grundlæggende kræfter i naturen, og de styrer alt hvad der sker i universet.,
tyngdekraft
tyngdekraft er tiltrækningen mellem to objekter, der har masse eller energi, uanset om dette ses ved at droppe en klippe fra en bro, en planet, der kredser om en stjerne eller månen, der forårsager tidevand. Tyngdekraften er nok den mest intuitive og velkendte af de grundlæggende kræfter, men det har også været en af de mest udfordrende at forklare.Isaac ne .ton var den første til at foreslå ideen om tyngdekraften, angiveligt inspireret af et æble, der faldt fra et træ. Han beskrev tyngdekraften som en bogstavelig tiltrækning mellem to objekter., Århundreder senere foreslog Albert Einstein gennem sin teori om generel relativitet, at tyngdekraften ikke er en attraktion eller en kraft. I stedet er det en konsekvens af objekter bøjning rum-tid. Et stort objekt fungerer på rumtid lidt som hvordan en stor kugle placeret midt i et ark påvirker dette materiale, deformerer det og får andre, mindre objekter på arket til at falde mod midten.
selvom tyngdekraften holder planeter, stjerner, solsystemer og endda galakser sammen, viser det sig at være den svageste af de grundlæggende kræfter, især ved molekylære og atomiske skalaer., Tænk på det på denne måde: hvor svært er det at løfte en bold fra jorden? Eller at løfte din fod? Eller at hoppe? Alle disse handlinger modvirker hele jordens tyngdekraft. Og på molekylære og atomiske niveauer har tyngdekraften næsten ingen virkning i forhold til de andre grundlæggende kræfter.
Relateret: 6 Dagligdags Ting, Der Sker Mærkeligt i Rummet
Den svage kraft
Den svage kraft, også kaldet den svage nukleare interaktion, der er ansvarlig for partikel henfald. Dette er den bogstavelige ændring af en type subatomær partikel til en anden., Så for eksempel kan en neutrino, der strejfer tæt på en neutron, omdanne neutronen til en proton, mens neutrinoen bliver en elektron.
fysikere beskriver denne interaktion gennem udveksling af kraftbærende partikler kaldet bosoner. Specifikke typer bosoner er ansvarlige for den svage kraft, elektromagnetiske kraft og stærk kraft. I den svage kraft er bosonerne ladede partikler kaldet Bos og BOS bosoner. Når subatomære partikler som protoner, neutroner og elektroner kommer inden for 10^-18 meter, eller 0,1% af diameteren af en proton, af hinanden, kan de udveksle disse bosoner., Som et resultat forfalder de subatomære partikler til nye partikler, ifølge Georgia State University ‘ s HyperPhysics-websiteebsted.
den svage kraft er kritisk for de nukleare fusionsreaktioner, der driver solen og producerer den energi, der er nødvendig for de fleste livsformer her på jorden. Det er også grunden til, at arkæologer kan bruge carbon-14 til dato gamle knogler, træ og andre tidligere levende artefakter. Kulstof-14 har seks protoner og otte neutroner; en af disse neutroner henfalder til en proton, for at gøre nitrogen-14, som har syv protoner og syv neutroner., Dette forfald sker med en forudsigelig hastighed, så forskere kan bestemme, hvor gamle sådanne artefakter er.
Elektromagnetiske kraft
Den elektromagnetiske kraft, også kaldet Lorentz kraft, der virker mellem ladede partikler, som negativt ladede elektroner og positivt ladede protoner. Modsatte afgifter tiltrække hinanden, mens ligesom afgifter frastøde. Jo større ladning, jo større kraft. Og ligesom tyngdekraften kan denne kraft mærkes fra en uendelig afstand (omend kraften ville være meget, meget lille i den afstand).,
Som navnet antyder består den elektromagnetiske kraft af to dele: den elektriske kraft og den magnetiske kraft. Først beskrev fysikere disse kræfter som adskilt fra hinanden, men forskere indså senere, at de to er komponenter af samme kraft.
den elektriske komponent virker mellem ladede partikler, uanset om de bevæger sig eller står stille, hvilket skaber et felt, hvor ladningerne kan påvirke hinanden. Men når de først er sat i bevægelse, begynder de ladede partikler at vise den anden komponent, den magnetiske kraft., Partiklerne skaber et magnetfelt omkring dem, når de bevæger sig. Så når elektroner zoomer gennem en ledning for at oplade din computer eller telefon eller tænde for dit TV, for eksempel, bliver ledningen magnetisk.
Relateret: Hvor Solens Magnetfelt, der Virker (Infografik)
Elektromagnetiske kræfter overføres mellem ladede partikler gennem udveksling af tidskrift, kraft-bærende bosoner kaldet fotoner, som også er den partikel komponenter af lys. De kraftbærende fotoner, der bytter mellem ladede partikler, er imidlertid en anden manifestation af fotoner., De er virtuelle, og målbart, selvom de teknisk set er de samme partikler som fast og påviselig version, ifølge University of Tennessee, Knoxville.
den elektromagnetiske kraft er ansvarlig for nogle af de mest almindeligt oplevede fænomener: friktion, elasticitet, den normale kraft og kraften, der holder faste stoffer sammen i en given form. Det er endda ansvarlig for det træk, som fugle, fly og endda Superman oplever, mens de flyver. Disse handlinger kan forekomme på grund af ladede (eller neutraliserede) partikler, der interagerer med hinanden., Den normale kraft, der holder en bog oven på et bord (i stedet for tyngdekraften, der trækker bogen igennem til jorden), er for eksempel en konsekvens af elektroner i bordets atomer, der afviser elektroner i bogens atomer.
Den stærke kernekraft
Den stærke kernekraft, også kaldet den stærke kernekraft interaktion, er den stærkeste af de fire fundamentale kræfter i naturen. Det er 6 tusind billioner billioner billioner (det er 39 nuller efter 6!) gange stærkere end tyngdekraften, ifølge HyperPhysics hjemmeside. Og det er fordi det binder de grundlæggende partikler af stof sammen for at danne større partikler., Det holder sammen de kvarker, der udgør protoner og neutroner, og en del af den stærke kraft holder også protoner og neutroner i et atoms kerne sammen.
ligesom den svage kraft fungerer den stærke kraft kun, når subatomære partikler er ekstremt tæt på hinanden. De skal være et sted inden for 10^-15 meter fra hinanden, eller omtrent inden for en protons diameter, ifølge HyperPhysics-websiteebstedet.
den stærke kraft er dog underlig, fordi den i modsætning til nogen af de andre grundlæggende kræfter bliver svagere, da subatomære partikler bevæger sig tættere sammen., Det når faktisk maksimal styrke, når partiklerne er længst væk fra hinanden, ifølge Fermilab. En gang inden for rækkevidde overfører masseløse ladede bosoner kaldet gluoner den stærke kraft mellem kvarker og holder dem “limet” sammen. En lille brøkdel af den stærke kraft kaldet den resterende stærke kraft virker mellem protoner og neutroner. Protoner i kernen afviser hinanden på grund af deres lignende ladning, men den resterende stærke kraft kan overvinde denne afstødning, så partiklerne forbliver bundet i et atoms kerne.,
Relateret: Nuclear Power Generatorer NASAS Deep Space-Prober (Infografik)
Samlende karakter
De udestående spørgsmål af de fire fundamentale kræfter, er, om de rent faktisk er manifestationer af blot en enkelt stor kraft i universet. I så fald skal hver af dem være i stand til at fusionere med de andre, og der er allerede bevis for, at de kan.,
Fysikere Sheldon Glashow og Steven Weinberg fra Harvard University med Abdus Salam fra Imperial College London vandt Nobelprisen i Fysik i 1979 for at forene den elektromagnetiske kraft, den svage kraft til at danne begrebet electroweak kraft. Fysikere, der arbejder for at finde en såkaldt grand unified theory, sigter mod at forene elektroeaeak-kraften med den stærke kraft til at definere en elektronuklear kraft, som modeller har forudsagt, men forskere endnu ikke har observeret., Det sidste stykke af puslespillet ville derefter kræve at forene tyngdekraften med den elektronukleære kraft for at udvikle den såkaldte teori om alt, en teoretisk ramme, der kunne forklare hele universet.
fysikere har imidlertid fundet det ret svært at fusionere den mikroskopiske verden med den makroskopiske. På store og især astronomiske skalaer dominerer tyngdekraften og beskrives bedst af Einsteins teori om generel relativitet. Men ved molekylære, atomære eller subatomære skalaer beskriver kvantemekanik bedst den naturlige verden., Og indtil videre har ingen fundet en god måde at fusionere disse to verdener på.
fysikere, der studerer kvantegravitation, sigter mod at beskrive kraften i form af kvanteverdenen, hvilket kan hjælpe med fusionen., Grundlæggende for denne tilgang ville være opdagelsen af gravitoner, den teoretiske kraftbærende boson af tyngdekraften. Gravity er den eneste grundlæggende kraft, som fysikere i øjeblikket kan beskrive uden at bruge kraftbærende partikler. Men fordi beskrivelser af alle de andre grundlæggende kræfter kræver kraftbærende partikler, forventer forskere gravitoner skal eksistere på det subatomære niveau-forskere har bare ikke fundet disse partikler endnu.
yderligere komplicerer historien er den usynlige verden af mørkt stof og mørk energi, som udgør omkring 95% af universet., Det er uklart, om mørkt stof og energi består af en enkelt partikel eller et helt sæt partikler, der har deres egne kræfter og messenger bosoner.
den primære messengerpartikel af nuværende interesse er den teoretiske mørke foton, som ville formidle interaktioner mellem det synlige og usynlige univers. Hvis der findes mørke fotoner, ville de være nøglen til at opdage den usynlige verden af mørkt stof og kunne føre til opdagelsen af en femte grundlæggende kraft., Indtil videre er der dog ingen tegn på, at mørke fotoner eksisterer, og nogle undersøgelser har givet stærke beviser for, at disse partikler ikke eksisterer.