Fra å gå på gaten, for å lansere en rakett ut i verdensrommet, til å stikke en magnet på kjøleskapet, fysiske krefter opptrer alle rundt oss. Men alle de kreftene som vi opplever hver dag (og mange at vi ikke innser vi opplever hver dag) kan være skrelles ned til bare fire fundamentale kreftene:
– >
- Tyngdekraften.
- svak kraft.
- Elektromagnetisme.
- Den sterke kraft.
Dette kalles de fire fundamentale kreftene i naturen, og de styrer alt som skjer i universet.,
Tyngdekraften
Tyngdekraften er tiltrekningen mellom to objekter som har masse eller energi, om dette er sett i å slippe en stein fra en bro, en planet i bane rundt en stjerne eller månen forårsaker ocean tidevann. Tyngdekraften er trolig den mest intuitive og kjente av de fundamentale kreftene, men det er også blitt en av de mest utfordrende å forklare.
Isaac Newton var den første til å foreslå ideen av tyngdekraften, visstnok inspirert av et eple falle fra et tre. Han beskrev gravitasjon som en bokstavelig tiltrekning mellom to objekter., Hundre år senere, som Albert Einstein foreslo, gjennom sin teori om generell relativitetsteori, som tyngdekraften er ikke en attraksjon eller en kraft. I stedet, det er en konsekvens av objekter bøying rom-tid. Et stort objekt som fungerer på plass-tid litt som hvordan en stor ball som er plassert i midten av et ark som påvirker materiale, deformerer det og forårsaker andre, mindre gjenstander på arket for å falle mot midten.
selv Om tyngdekraften har planeter, stjerner, solsystemer og selv galakser sammen, det viser seg å være den svakeste av de fundamentale kreftene, spesielt på den molekylære og atomære skalaer., Tenk på det på denne måten: Hvor vanskelig er det å løfte en ball av bakken? Eller å løfte foten din? Eller hoppe? Alle disse handlingene er å motvirke tyngdekraften over hele Jorden. Og på den molekylære og atomære nivå, gravitasjon har nesten ingen effekt i forhold til de andre grunnleggende krefter.
i Slekt: 6 Hverdagslige Ting Som Skjer Merkelig i Verdensrommet
De svake kraft
Den svake styrken, også kalt den svake kjernefysiske samhandling, er ansvarlig for partikkel forfall. Dette er den bokstavelige endring av én type subatomære partikkel inn i en annen., Så, for eksempel, en neutrino som kommer i nærheten av et nøytron kan slå nøytron til et proton mens neutrino blir et elektron.
Fysikere beskrive samhandling gjennom utveksling av kraft-bærer partikler kalt bosoner. Bestemte typer bosoner er ansvarlig for svak kraft, elektromagnetisk kraft og sterk kraft. I svak kraft, bosoner er partikler som kalles W-og Z-bosoner. Når subatomære partikler som protoner, nøytroner og elektroner kommer innen 10^-18 meter, eller 0,1% av diameteren til et proton, av en annen, kan de utveksle disse bosoner., Som et resultat, de subatomære partikler forfall til nye partikler, i henhold til Georgia State University HyperPhysics nettstedet.
Den svake kraft er avgjørende for kjernefysisk fusjon reaksjoner som strøm sol og produsere den energien som trengs for de fleste livsformer her på Jorden. Det er også grunnen til at arkeologer kan bruke karbon-14 oppdatert gamle bein, tre og andre tidligere levende gjenstander. Karbon-14 har seks protoner og åtte nøytroner, en av de nøytroner henfaller til et proton å gjøre nitrogen-14, som har syv protoner og syv nøytroner., Dette forfallet skjer på en forutsigbar pris, slik at forskerne å finne ut hvor gammel slike gjenstander er.
Elektromagnetisk kraft
Den elektromagnetiske kraften, som også kalles Lorentz kraft, handlinger mellom ladde partikler, som negativt ladede elektroner og positivt ladede protoner. Motsatte ladninger tiltrekker hverandre, mens like ladninger frastøter. Jo større kostnad, jo større kraft. Og mye som tyngdekraften, denne kraften kan bli følt fra en uendelig avstand (riktignok styrken ville være veldig, veldig liten på at avstand).,
Som navnet indikerer, elektromagnetisk kraft består av to deler: den elektriske kraft og den magnetiske kraften. Ved første, fysikere beskrevet disse kreftene som atskilt fra hverandre, men forskere senere innså at de to er deler av den samme kraft.
Den elektriske komponenten fungerer mellom ladde partikler, om de er i bevegelse eller i ro, oppretter et felt ved hvilke kostnader som kan påvirke hverandre. Men når det er satt i bevegelse, de ladede partikler begynner å vise den andre komponenten, den magnetiske kraften., Partiklene som skaper et magnetisk felt rundt dem når de beveger seg. Så når elektroner zoom gjennom en ledning for å lade datamaskinen eller telefonen eller slå på TV-en, for eksempel, ledningen blir magnetisk.
i Slekt: Hvordan Solens magnetfelt Fungerer (Infographic)
Elektromagnetiske krefter som overføres mellom ladde partikler gjennom utveksling av massless, kraft-bærer-bosoner som kalles fotoner, som også er de partikkel komponenter av lys. Kraft-bærer fotoner som bytte mellom ladde partikler, er imidlertid en annen manifestasjon av fotoner., De er virtuelle og umulig å oppdage, selv om de teknisk sett er de samme partiklene som reell og synlig versjon, i henhold til University of Tennessee i Knoxville.
Den elektromagnetiske kraften er ansvarlig for noen av de mest erfarne fenomener: friksjon, elastisitet, normal kraft og styrke å holde faste stoffer sammen i en gitt form. Det er selv ansvarlig for å dra som fugler, fly, og selv Superman-opplevelsen mens du flyr. Disse handlingene kan oppstå på grunn av oppladet (eller nøytralisert) partikler i samspill med hverandre., Normal kraft som holder en bok på toppen av en tabell (i stedet for tyngdekraften trekke boken gjennom til bakken), for eksempel, er en konsekvens av elektroner i tabellen er atomer frastøtende elektroner i boken er atomer.
Den sterke kjernekraften
Den sterke kjernekraften, som også kalles sterk kjernefysisk samhandling, er den sterkeste av de fire fundamentale kreftene i naturen. Det er 6 tusen billioner billioner billioner (det er 39 nuller etter 6! ganger sterkere enn tyngdekraften, i henhold til HyperPhysics nettstedet. Og det er fordi det binder den fundamentale partikler sammen for å danne større partikler., Det holder sammen kvarker som gjør opp protoner og nøytroner, og en del av den sterke kraft holder også protoner og nøytroner i et atom er kjernen sammen.
Mye som svak kraft, sterk makt virker bare når subatomære partikler er svært nær hverandre. De har for å være et sted innen 10^-15 meter fra hverandre, eller omtrent i diameter på et proton, i henhold til HyperPhysics nettstedet.
Den sterke kraft er odd, selv, fordi i motsetning til noen av de andre fundamentale kreftene, det blir svakere som subatomære partikler beveger tettere sammen., Det faktisk oppnår maksimal styrke når partiklene er lengst borte fra hverandre, ifølge Fermilab. En gang innen rekkevidde, massless belastet bosoner som kalles gluoner overføre sterk kraft mellom kvarker og holde dem «limt» sammen. En liten brøkdel av den sterke kraft som kalles den gjenværende sterk kraft handlinger mellom protoner og nøytroner. Protoner i kjernen frastøte hverandre på grunn av deres lik kostnad, men det gjenværende sterk kraft kan overvinne denne frastøting, så partikler opphold bundet i et atom er kjernen.,
i Slekt: Kjernefysiske Generatorer Makt NASA Deep Space-Prober (Infographic)
Samlende natur
utestående spørsmål fra de fire fundamentale kreftene er om de faktisk er manifestasjoner av bare en eneste stor kraft i universet. Hvis så, hver av dem bør være i stand til å fusjonere med andre, og det er allerede bevis på at de kan.,
Fysikere Sheldon Glashow og Steven Weinberg fra Harvard University med Abdus Salam fra Imperial College i London og vant nobelprisen i Fysikk i 1979 for å kunne forene den elektromagnetiske kraften med de svake kraft til å danne begrepet electroweak kraft. Fysikere jobber med å finne en såkalt grand unified theory tar sikte på å forene electroweak kraft med sterk kraft for å definere en electronuclear kraft, hvilke modeller som har spådd, men forskerne har ennå ikke observert., Den siste biten i puslespillet vil da kreve samlende tyngdekraften med electronuclear kraft til å utvikle den såkalte teorien om alt, et teoretisk rammeverk som kan forklare hele universet.
Fysikere, men har funnet det vanskelig å flette den mikroskopiske verden med makroskopiske en. I det store og spesielt astronomiske skalaer, tyngdekraften dominerer og er best beskrevet av Einsteins teori om generell relativitetsteori. Men på molekylært, atomic eller subatomære skalaer, quantum mechanics best beskriver den naturlige verden., Og så langt, ingen har kommet opp med en god måte å slå sammen disse to verdener.
Fysikerne studere quantum gravity tar sikte på å beskrive styrken i form av quantum verden, som kunne hjelpe til med flettingen., Grunnleggende for at tilnærmingen ville være oppdagelsen av gravitoner, den teoretiske kraft-bærer-bosonet av sentrifugalkraften. Tyngdekraften er bare grunnleggende kraft som fysikere kan nå beskrive uten å bruke makt-bærer partikler. Men fordi beskrivelser av alle de andre fundamentale kreftene krever styrke-bærer partikler, forskere forventer gravitoner må finnes på det subatomære nivå — forskerne bare har ikke funnet disse partiklene ennå.
Ytterligere kompliserer den historien er den usynlige verden av mørk materie og mørk energi, som utgjør om lag 95% av universet., Det er uklart om mørk materie og energi består av en enkelt partikkel eller et helt sett av partikler som har sine egne styrker og messenger-bosoner.
Den primære messenger partikkel av gjeldende rente er den teoretiske mørke foton, som ville formidle interaksjoner mellom det synlige og det usynlige univers. Hvis mørke fotoner eksisterer, de vil være nøkkelen til å oppdage den usynlige verden av mørk materie og kan føre til oppdagelse av en femte grunnleggende kraft., Så langt, selv om det er ingen bevis for at mørk fotoner finnes, og noe forskning har tilbudt sterke bevis for at disse partiklene ikke eksisterer.