de la mersul pe stradă, la lansarea unei rachete în spațiu, la lipirea unui magnet pe frigider, forțele fizice acționează în jurul nostru. Dar toate forțele pe care le experimentăm în fiecare zi (și multe pe care nu ne dăm seama că le experimentăm în fiecare zi) pot fi reduse la doar patru forțe fundamentale:
- gravitația.
- forța slabă.
- Electromagnetism.
- forța puternică. acestea sunt numite cele patru forțe fundamentale ale naturii și guvernează tot ceea ce se întâmplă în univers.,gravitația este atracția dintre două obiecte care au masă sau energie, indiferent dacă acest lucru este văzut în căderea unei stânci de pe un pod, o planetă care orbitează o stea sau luna care provoacă maree oceanice. Gravitația este probabil cea mai intuitivă și familiară dintre forțele fundamentale, dar a fost, de asemenea, una dintre cele mai dificile de explicat.Isaac Newton a fost primul care a propus ideea gravitației, presupusă inspirată de un măr căzut dintr-un copac. El a descris gravitația ca o atracție literală între două obiecte., Secole mai târziu, Albert Einstein a sugerat, prin teoria relativității generale, că gravitația nu este o atracție sau o forță. În schimb, este o consecință a obiectelor care se îndoaie spațiu-timp. Un obiect mare funcționează pe spațiu-timp un pic ca modul în care o minge mare plasată în mijlocul unei foi afectează acel material, deformându-l și provocând alte obiecte mai mici de pe foaie să cadă spre mijloc. deși gravitația ține planete, stele, sisteme solare și chiar galaxii împreună, se dovedește a fi cea mai slabă dintre forțele fundamentale, în special la scara moleculară și atomică., Gândiți-vă astfel: cât de greu este să ridici o minge de pe pământ? Sau pentru a ridica piciorul? Sau să sară? Toate aceste acțiuni contracarează gravitatea întregului pământ. Și la nivel molecular și atomic, gravitația nu are aproape niciun efect în raport cu celelalte forțe fundamentale.
Related: 6 Lucruri de zi cu zi care se întâmplă ciudat în spațiu
forța slabă
forța slabă, numită și interacțiunea nucleară slabă, este responsabilă de dezintegrarea particulelor. Aceasta este schimbarea literală a unui tip de particulă subatomică în alta., De exemplu, un neutrino care se apropie de un neutron poate transforma neutronul într-un proton, în timp ce neutrinul devine un electron.fizicienii descriu această interacțiune prin schimbul de particule purtătoare de forță numite bosoni. Tipurile specifice de bosoni sunt responsabile pentru forța slabă, forța electromagnetică și forța puternică. În forța slabă, bosonii sunt particule încărcate numite bosoni W și Z. Când particulele subatomice, cum ar fi protonii, neutronii și electronii, se află la 10^-18 metri, sau 0, 1% din diametrul unui proton, unul față de celălalt, pot schimba acești bosoni., Ca rezultat, particulele subatomice se descompun în particule noi, potrivit site-ului Hiperfizică al Universității de Stat din Georgia. forța slabă este esențială pentru reacțiile de fuziune nucleară care alimentează soarele și produc energia necesară pentru majoritatea formelor de viață de pe Pământ. Este, de asemenea, motivul pentru care arheologii pot folosi carbon-14 până în prezent oase vechi, lemn și alte artefacte vii anterior. Carbon-14 are șase protoni și opt neutroni; unul dintre acești neutroni se descompune într-un proton pentru a produce azot-14, care are șapte protoni și șapte neutroni., Această degradare se întâmplă într-un ritm previzibil, permițând oamenilor de știință să determine cât de vechi sunt astfel de artefacte.
forța slabă este esențial pentru reacțiile de fuziune nucleară care puterea soarelui și produce energia necesară pentru majoritatea formelor de viață de pe Pământ. Iată o apropiere a flăcării solare din clasa M7.6 care a erupt de la soare pe 23 iulie 2016, așa cum a văzut Observatorul Solar Dynamics al NASA., (Credit imagine: NASA) forța Electromagnetică
forța electromagnetică, numită forță Lorentz, acționează între particule încărcate, cum ar fi perceput negativ electroni și protoni încărcată pozitiv. Taxele opuse se atrag reciproc, în timp ce taxele se resping. Cu cât sarcina este mai mare, cu atât forța este mai mare. Și la fel ca gravitația, această forță poate fi simțită de la o distanță infinită (deși forța ar fi foarte, foarte mică la acea distanță).,după cum indică și numele, forța electromagnetică constă din două părți: forța electrică și forța magnetică. La început, fizicienii au descris aceste forțe ca fiind separate una de cealaltă, dar cercetătorii au realizat ulterior că cele două sunt componente ale aceleiași forțe.
componenta electrică acționează între particulele încărcate, indiferent dacă se mișcă sau staționează, creând un câmp prin care sarcinile se pot influența reciproc. Dar odată puse în mișcare, acele particule încărcate încep să afișeze a doua componentă, forța magnetică., Particulele creează un câmp magnetic în jurul lor în timp ce se mișcă. Deci, atunci când electronii fac zoom printr-un fir pentru a încărca computerul sau telefonul sau pentru a porni televizorul, de exemplu, firul devine magnetic.
Legate de: Cum Câmpul Magnetic al Soarelui Lucrări (Infographic)
forțele Electromagnetice sunt transferate între particule încărcate prin schimb de masă, forță-realizarea bosoni numite fotoni, care sunt, de asemenea, particule componente de lumină. Fotonii purtători de forță care schimbă între particulele încărcate, totuși, sunt o manifestare diferită a fotonilor., Ele sunt virtuale și nedetectabile, chiar dacă sunt din punct de vedere tehnic aceleași particule ca versiunea reală și detectabilă, potrivit Universității din Tennessee, Knoxville.
forța electromagnetică este responsabilă pentru unele dintre cele mai frecvent întâlnite fenomene: frecare, elasticitate, forța normală și forța care ține solidele împreună într-o anumită formă. Este chiar responsabil pentru tragerea pe care păsările, avioanele și chiar experiența Superman în timp ce zboară. Aceste acțiuni pot apărea din cauza particulelor încărcate (sau neutralizate) care interacționează între ele., Forța normală care ține o carte deasupra unei mese (în loc de gravitație trăgând cartea până la pământ), de exemplu, este o consecință a electronilor din atomii tabelului care resping electronii din atomii cărții.
forța care ține o carte pe partea de sus a unui tabel (în loc de gravitatea trage cartea la sol), este o consecință a forței electromagnetice: Electronii în tabelul atomii respinge electronii în cartea de atomi., (Image credit: NASA/) forta nucleara puternica
forta nucleara, numit, de asemenea, interactiunea nucleara tare, este cel mai puternic dintre cele patru forțe fundamentale ale naturii. Sunt 6 mii de trilioane de trilioane de trilioane (adică 39 de zerouri după 6!) ori mai puternică decât forța gravitației, potrivit site-ului Hiperfizică. Și asta pentru că leagă particulele fundamentale ale materiei împreună pentru a forma particule mai mari., Acesta ține împreună cuarcii care alcătuiesc protoni și neutroni, iar o parte din forța puternică menține împreună protonii și neutronii nucleului unui atom.la fel ca forța slabă, forța puternică funcționează numai atunci când particulele subatomice sunt extrem de apropiate una de cealaltă. Trebuie să fie undeva la 10^-15 metri unul de celălalt sau aproximativ în diametrul unui proton, potrivit site-ului Hiperfizică.
forța puternică este ciudată, deși, pentru că, spre deosebire de oricare dintre celelalte forțe fundamentale, devine mai slabă pe măsură ce particulele subatomice se apropie mai mult., De fapt, atinge puterea maximă atunci când particulele sunt cele mai îndepărtate una de cealaltă, potrivit Fermilab. O dată în serie, fără masă încărcată bosoni numite gluoni transmite forța puternică între cuarci și păstrați-le „lipite” împreună. O mică parte din forța puternică numită forța reziduală puternică acționează între protoni și neutroni. Protonii din nucleu se resping unul pe altul din cauza încărcăturii lor similare, dar forța reziduală puternică poate depăși această repulsie, astfel încât particulele rămân legate în nucleul unui atom.,
Related: Nuclear Generators Power NASA Deep Space sonde (Infographic)
natura unificatoare
întrebarea remarcabilă a celor patru forțe fundamentale este dacă acestea sunt de fapt manifestări ale unei singure mari forțe a universului. Dacă da, fiecare dintre ei ar trebui să poată fuziona cu ceilalți și există deja dovezi că pot.,
Fizicienii Sheldon El și Steven Weinberg de la Harvard University cu Abdus Salam de la Imperial College din Londra a castigat Premiul Nobel pentru Fizica in 1979 pentru unificarea forța electromagnetică cu forța slabă pentru a forma conceptul de electro vigoare. Fizicienii de lucru pentru a găsi o așa-numitele teorii unificate scopul de a uni electro forță cu forță puternică pentru a defini un electronuclear vigoare, care modelele au prezis, dar cercetatorii nu au fost încă observate., Piesa finală a puzzle-ului ar necesita apoi unificarea gravitației cu forța electronucleară pentru a dezvolta așa-numita teorie a tuturor, un cadru teoretic care ar putea explica întregul univers.fizicienii, totuși, au găsit destul de dificil să îmbine lumea microscopică cu cea macroscopică. La scară mare și mai ales astronomică, gravitația domină și este cel mai bine descrisă de teoria relativității generale a lui Einstein. Dar la scară moleculară, atomică sau subatomică, mecanica cuantică descrie cel mai bine lumea naturală., Și până acum, nimeni nu a venit cu o modalitate bună de a uni aceste două lumi.
Mulți fizicieni scopul de a uni forțele fundamentale sub o singură teorie unificată — un cadru teoretic care să explice întregul univers. (Image credit: ) Fizicienii studiază gravitației cuantice scopul de a descrie vigoare în ceea ce privește lumea cuantică, care ar putea ajuta cu unificarea., Fundamental pentru această abordare ar fi descoperirea gravitonilor, bosonul teoretic care transportă forța gravitațională. Gravitația este singura forță fundamentală pe care fizicienii o pot descrie în prezent fără a folosi particule care transportă forța. Dar, deoarece descrierile tuturor celorlalte forțe fundamentale necesită particule care transportă forța, oamenii de știință se așteaptă ca gravitonii să existe la nivel subatomic — cercetătorii nu au găsit încă aceste particule.
care complică și mai mult povestea este tărâmul invizibil al materiei întunecate și al energiei întunecate, care reprezintă aproximativ 95% din univers., Nu este clar dacă materia întunecată și energia constau dintr-o singură particulă sau un întreg set de particule care au propriile forțe și bosoni mesageri. particula mesageră primară de interes curent este fotonul teoretic întunecat, care ar media interacțiunile dintre universul vizibil și cel invizibil. Dacă există fotoni întunecați, ei ar fi cheia detectării lumii invizibile a materiei întunecate și ar putea duce la descoperirea unei a cincea forțe fundamentale., Până acum, însă, nu există dovezi că fotonii întunecați există, iar unele cercetări au oferit dovezi puternice că aceste particule nu există.