kävely kadulla, voit käynnistää raketti avaruuteen, pitää kiinni magneetti jääkaapin, fyysiset voimat toimivat ympärillämme. Mutta kaikki voimat, joita koemme joka päivä (ja monet, joita emme tajua, että Koemme joka päivä), voidaan viskata alas vain neljään perusjoukkoon:
- painovoima.
- heikko voima.
- Sähkömagnetismi.
- the strong force.
näitä kutsutaan luonnon neljäksi perusvoimaksi, ja ne hallitsevat kaikkea, mitä maailmankaikkeudessa tapahtuu.,
Vakavuus
Painovoima on vetovoima kahden esineitä, jotka ovat massa tai energia, onko tämä nähnyt pudottamalla kivi, silta, planeetta kiertää tähden tai kuun aiheuttaa valtameren vuorovesi. Painovoima on luultavasti kaikkein intuitiivinen ja tuttu perusoikeuksien voimat, mutta se on myös ollut yksi haastavimmista selittää.
Isaac Newton ehdotti ensimmäisenä ajatusta painovoimasta, jonka oletetaan saaneen vaikutteita puusta putoavasta omenasta. Hän kuvaili painovoimaa kirjaimelliseksi vetovoimaksi kahden kappaleen välillä., Satoja vuosia myöhemmin Albert Einstein esitti yleisen suhteellisuusteoriansa kautta, että painovoima ei ole vetovoima tai voima. Sen sijaan se on seurausta siitä, että esineet taivuttavat aika-avaruutta. Suuri esine toimii aika-avaruudella vähän niin kuin kuinka levyn keskelle sijoitettu suuri pallo vaikuttaa siihen materiaaliin, vääntäen sitä ja aiheuttaen muiden, pienempien kappaleiden putoamisen levyltä kohti keskimmäistä.
vaikka painovoima pitää planeettoja, tähtiä, aurinkokuntia ja jopa galakseja koossa, se osoittautuu perusvoimista heikoimmaksi erityisesti molekyyli-ja atomiasteikoilla., Ajattele asiaa näin:kuinka vaikeaa on nostaa palloa maasta? Vai nostaa jalkaa? Vai hypätä? Kaikki nämä toimet vaikuttavat koko maan painovoimaan. Molekyylitasolla ja atomitasolla gravitaatiolla ei ole juuri mitään vaikutusta muihin perusvoimiin nähden.
aiheeseen Liittyvät: 6 Arkipäivän Asioita, Jotka Tapahtuvat Oudosti Avaruudessa
heikko voima
heikko voima, jota kutsutaan myös heikko ydinvoima vuorovaikutus, on vastuussa hiukkasten hajoaminen. Tämä on yhden atomin hiukkastyypin kirjaimellinen muutos toiseen., Niinpä esimerkiksi neutriino, joka eksyy lähelle neutronia, voi muuttaa neutronin protoniksi, kun neutriinosta tulee elektroni.
fyysikot kuvaavat tätä vuorovaikutusta bosoneiksi kutsuttujen voimaa kuljettavien hiukkasten vaihdon kautta. Erityiset bosonit ovat vastuussa heikosta voimasta, sähkömagneettisesta voimasta ja voimakkaasta voimasta. Heikossa voimassa bosonit ovat varautuneita hiukkasia, joita kutsutaan W-ja Z-bosoneiksi. Kun subatomiset hiukkaset, kuten protonit, neutronit ja elektronit, tulevat 10^-18 metrin eli 0,1 prosentin sisällä protonin läpimitasta toisistaan, ne voivat vaihtaa nämä bosonit., Tämän seurauksena subatomiset hiukkaset hajoavat uusiksi hiukkasiksi Georgian valtionyliopiston Hyperfysiikan verkkosivujen mukaan.
heikko voima on kriittinen ydinfuusioreaktioille, jotka valtaavat auringon ja tuottavat energiaa, jota tarvitaan useimpiin elämänmuotoihin täällä maapallolla. Siksi arkeologit voivat myös käyttää hiili-14: ää muinaisen luun, Puun ja muiden aiemmin elävien esineiden ajoittamiseen. Hiili-14 on kuusi protonia ja kahdeksan neutronia; yksi näistä neutroneista hajoaa protoni tehdä typpi-14, joka on seitsemän protonia ja seitsemän neutroneja., Tämä hajoaminen tapahtuu ennustettavalla nopeudella, jolloin tutkijat voivat määrittää, kuinka vanhoja tällaiset esineet ovat.
sähkömagneettinen voima
sähkömagneettinen voima, jota kutsutaan myös Lorentzin voimaksi, toimii varattujen hiukkasten välillä, kuten negatiivisesti varautuneet elektronit ja positiivisesti varautuneet protonit. Vastakkaiset syyt vetävät toisiaan puoleensa, kun taas kuin räjähteet hylkivät. Mitä suurempi lataus, sitä suurempi voima. Ja aivan kuten painovoima, tämä voima voi olla tuntui ääretön etäisyys (vaikkakin voima olisi hyvin, hyvin pieni, että etäisyys).,
nimensä mukaisesti sähkömagneettinen voima koostuu kahdesta osasta: sähkövoimasta ja magneettisesta voimasta. Aluksi fyysikot kuvailivat näitä voimia toisistaan erillisiksi, mutta tutkijat ymmärsivät myöhemmin, että nämä kaksi ovat saman voiman osia.
sähköinen komponentti toimii välillä varautuneita hiukkasia, ovatko he liikkuvat tai paikallaan, luoda kenttä, jonka maksut voivat vaikuttaa toisiinsa. Mutta kun nämä varatut hiukkaset käynnistyvät, ne alkavat näyttää toista komponenttia, magneettista voimaa., Hiukkaset luovat liikkuessaan ympärilleen magneettikentän. Kun elektronit siis zoomaavat langan läpi lataamaan tietokoneen tai puhelimen tai kytkemään esimerkiksi television päälle, Lanka muuttuu magneettiseksi.
Related: How the Sun ’ s Magnetic Field Works (Infographic)
sähkömagneettiset voimat siirtyvät varattujen hiukkasten välillä vaihdettaessa massattomia, voimaa kuljettavia bosoneja, joita kutsutaan fotoneiksi, jotka ovat myös valon hiukkaskomponentteja. Varattujen hiukkasten välillä vaihtavat voimaa kantavat fotonit ovat kuitenkin fotonien eri ilmentymä., Ne ovat virtuaalisia ja huomaamattomia, vaikka ne ovat teknisesti samoja hiukkasia kuin todellinen ja havaittavissa oleva versio, Tennesseen yliopiston Knoxvillen mukaan.
sähkömagneettinen voima aiheuttaa joitakin yleisimmin koettuja ilmiöitä: kitkaa, elastisuutta, normaalia voimaa ja voimaa, joka pitää kiintoaineita yhdessä tietyssä muodossa. Se on jopa vastuussa lintujen, lentokoneiden ja jopa Teräsmiehen kokemasta raahauksesta lentäessään. Nämä toimet voivat johtua keskenään vuorovaikutuksessa olevista varatuista (tai neutralisoiduista) hiukkasista., Normaali voima, joka pitää kirjan pöydän päällä (sen sijaan, että painovoima vetäisi kirjan maahan), on esimerkiksi seurausta siitä, että pöydän atomien elektronit hylkivät kirjan atomien elektroneja.
vahva ydinvoima
vahva ydinvoima, jota kutsutaan myös vahvaksi ydinyhteisvaikutukseksi, on vahvin neljästä luonnon perusvoimasta. Se on 6 tuhatta biljoonaa biljoonaa biljoonaa (se on 39 Nollaa 6: n jälkeen!) kertaa voimakkaammin kuin painovoima, HyperPhysics-sivuston mukaan. Se sitoo aineen perushiukkaset yhteen muodostaen suurempia hiukkasia., Se pitää koossa protonit ja neutronit muodostavat kvarkit, ja osa voimakkaasta voimasta pitää myös atomin ytimen protonit ja neutronit koossa.
paljolti heikon voiman tavoin vahva voima toimii vain, kun subatomiset hiukkaset ovat erittäin lähellä toisiaan. Ne on jonnekin 10^-15 metrin päässä toisistaan, tai karkeasti sisällä halkaisija protonin, mukaan HyperPhysics verkkosivuilla.
vahva voima on kuitenkin pariton, koska toisin kuin mikään muu perusvoima, se heikkenee subatomisten hiukkasten siirtyessä lähemmäksi toisiaan., Se saavuttaa Fermilabin mukaan maksimivahvuuden, kun hiukkaset ovat kauimpana toisistaan. Kun kantaman sisällä, massattomia veloitetaan bosoni kutsutaan gluonit välittävät vahva voima välillä kvarkit ja pitää ne ”liimataan” yhteen. Pieni osa vahvuudesta, jota kutsutaan jäännösvahvaksi voimaksi, vaikuttaa protonien ja neutronien välillä. Ytimen protonit hylkivät toisiaan samankaltaisen varauksensa vuoksi, mutta jäljelle jäävä vahva voima voi voittaa tämän vastenmielisyyden, joten hiukkaset pysyvät sitoutuneina atomin ytimeen.,
aiheeseen Liittyvät: Ydinvoima-Generaattorit, Teho NASA: n Deep Space Probes (Infographic)
Yhdistävä luonne
erinomainen kysymys neljä perustavaa voimia on, ovatko he todella ilmenemismuotoja vain yksi suuri voima maailmankaikkeuden. Jos näin on, jokaisen pitäisi pystyä sulautumaan muiden kanssa, ja on jo todisteita siitä, että he voivat.,
Harvardin yliopiston fyysikot Sheldon Glashow ja Steven Weinberg yhdessä Imperial College Londonin Abdus Salamin kanssa saivat Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 1979 sähkömagneettisen voiman yhdistämisestä heikolla voimalla muodostaen elektroweak-voiman käsitteen. Fyysikot, jotka pyrkivät löytämään niin sanotun grand unified-teorian, pyrkivät yhdistämään elektroweakin voiman voimakkaalla voimalla määrittelemään sähköydinvoiman, jonka mallit ovat ennustaneet, mutta tutkijat eivät ole vielä havainneet., Palapelin viimeinen pala vaatisi silloin painovoiman yhdistämistä sähköydinvoimaan, jotta kehitettäisiin niin sanottu Kaiken teoria, teoreettinen kehys, joka voisi selittää koko maailmankaikkeuden.
fyysikot ovat kuitenkin havainneet melko vaikeaksi yhdistää mikroskooppinen maailma makroskooppiseen. Suurilla ja erityisesti tähtitieteellisillä asteikoilla painovoima hallitsee ja parhaiten sitä kuvaa Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria. Mutta molekyylien, atomien tai subatomisten asteikkojen kohdalla kvanttimekaniikka kuvaa parhaiten luonnollista maailmaa., Toistaiseksi kukaan ei ole keksinyt hyvää tapaa yhdistää noita kahta maailmaa.
kvanttigravitaatiota opiskelevat fyysikot pyrkivät kuvaamaan kvanttimaailman voimaa, joka voisi auttaa yhdistymisessä., Olennaista tässä lähestymistavassa olisi gravitonien löytyminen, gravitaatiovoiman teoreettinen voimaa kantava bosoni. Gravitaatio on ainoa perusvoima, jonka fyysikot voivat tällä hetkellä kuvata ilman voimankantohiukkasia. Mutta koska kuvaukset kaikkien muiden perusoikeuksien voimat vaativat voima-kuljettaa hiukkasia, tutkijat odottavat gravitoneja on olemassa alkeishiukkastasolla — tutkijat eivät vain ole löytäneet näitä hiukkasia vielä.
tarinaa mutkistaa entisestään pimeän aineen ja pimeän energian näkymätön valtakunta, joka muodostaa noin 95% maailmankaikkeudesta., On epäselvää, koostuvatko pimeä aine ja energia yhdestä hiukkasesta vai kokonaisesta hiukkasjoukosta, jolla on omat voimansa ja lähetti-bosonit.
nykyisen mielenkiinnon primaarinen viestihiukkanen on teoreettinen tumma fotoni, joka välittäisi näkyvän ja näkymättömän maailmankaikkeuden välisiä vuorovaikutuksia. Jos tummia fotoneja olisi olemassa, ne olisivat avain pimeän aineen näkymättömän maailman havaitsemiseen ja voisivat johtaa viidennen perusvoiman löytymiseen., Toistaiseksi ei kuitenkaan ole todisteita siitä, että tummia fotoneja olisi olemassa, ja jotkut tutkimukset ovat tarjonneet vahvoja todisteita siitä, että näitä hiukkasia ei ole olemassa.