Empire
Antarë i Respektuar
Katër forcat themelore të natyrës
Nga Jeremy Rehm Science & Astronomy
Shiko fotografinë 1698263
Graviteti
Forca e dobët.
Elektromagnetizmi.
Forca e fortë.
Këto quhen katër forcat themelore të natyrës, dhe ato qeverisin gjithçka që ndodh në univers.
Graviteti:
Graviteti është tërheqja midis dy objekteve që kanë masë ose energji, pavarësisht nëse kjo shihet duke hedhur një shkëmb nga një urë, një planet që rrethon një yll ose hënë duke shkaktuar baticat e oqeanit. Graviteti është ndoshta më intuitivi dhe më i njohuri i forcave themelore, por gjithashtu ka qenë një nga më sfiduesit për tu shpjeguar.
Isaac Newton ishte i pari që propozoi idenë e gravitetit, gjoja i frymëzuar nga një mollë që binte nga një pemë. Ai e përshkroi gravitetin si një tërheqje të mirëfilltë midis dy objekteve. Shekuj më vonë, Albert Ajnshtajni sugjeroi, përmes teorisë së tij të relativitetit të përgjithshëm, se graviteti nuk është tërheqje apo forcë. Përkundrazi, është një pasojë e objekteve që lakojnë hapësir-kohë. Një objekt i madh funksionon hapësir-kohë pak si mënyra se si një top i madh i vendosur në mes të një rrjete të tendosur ndikon në atë material, duke lakuar atë dhe duke shkaktuar që objektet e tjera, më të vogla në rrjetë të bien drejt mesit.
Shiko fotografinë 1698261
Megjithëse graviteti mban së bashku planetët, yjet, sistemet diellore dhe madje edhe galaktikat, rezulton të jenë më të dobëtit e forcave themelore, veçanërisht në peshoren molekulare dhe atomike. Mendoni në këtë mënyrë: Sa e vështirë është të ngresh nje top nga toka ? Apo të ngrini këmbën? Apo të kërcejmë? Të gjitha këto veprime po kundërshtojnë gravitetin e tërë Tokës. Dhe në nivelin molekular dhe atomik, graviteti nuk ka pothuajse asnjë efekt në krahasim me forcat e tjera themelore.
Forca e dobët
Forca e dobët, e quajtur edhe ndërveprimi i dobët bërthamor, është përgjegjës për prishjen e grimcave. Ky është ndryshimi fjalë për fjalë i një lloji të grimcave nënatomike në një tjetër. Kështu, për shembull, një neutrino që qëndron afër një neutroni mund të shndërrojë neutronin në proton ndërsa neutrino bëhet një elektron.
Fizikantët e përshkruajnë këtë ndërveprim përmes shkëmbimit të grimcave që mbartin forcë të quajtura Bosonë. Llojet specifike të bosoneve janë përgjegjës për forcën e dobët, forcën elektromagnetike dhe forcën e fortë. Në forcën e dobët, bosonët ndahen në grimca të quajtura bosonë W dhe Z. Kur grimcat nënatomike si protonet, neutronet dhe elektroni vijnë brenda 10-¹8 metra, ose 0,1% të diametrit të një protoni, të njëri-tjetrit, ata mund të shkëmbejnë këto bosonë. Si rezultat, grimcat nënatomike kthehen në grimca të reja, sipas HyperPhysics në webin zyrtar të Universitetit Shtetëror të Georgia , Usa .
Forca e dobët është kritike për reagimet e bashkimit bërthamor që fuqizojnë diellin dhe prodhojnë energjinë e nevojshme për shumicën e formave të jetës këtu në Tokë. Është gjithashtu arsyeja pse arkeologët deri më sot mund të përdorin karbonin-14 në kockat antike, dru dhe objekte të tjera të gjalla. Karboni-14 ka gjashtë protone dhe tetë neutrone; një prej këtyre neutroneve shëndrrohet në një proton për të bërë azot-14, i cili ka shtatë protone dhe shtatë neutrone. Kjo prishje ndodh me një normë të parashikueshme, duke lejuar shkencëtarët të përcaktojnë se sa të vjetra janë këto , prsh kronologjinë e një kocke te nje dinosauri se kur ka jetuar.
Forca e dobët është kritike për reagimet e bashkimit bërthamor që fuqizojnë diellin dhe prodhojnë energjinë e nevojshme për shumicën e formave të jetës këtu në Tokë. Këtu keni një përmbledhje të flakës diellore të klasës M7.6 që shpërtheu nga dielli në 23 korrik 2016 siç shihet nga Observatori Solar Dynamics i NASA-s.
Shiko fotografinë 1698262
Forca elektromagnetike
Forca elektromagnetike, e quajtur edhe forca "Lorentz" ( nga Hendrix Lorentz) , vepron midis grimcave të ngarkuara, si elektrone të ngarkuara negativisht dhe protone të ngarkuar pozitivisht. Ngarkesat e kundërta tërheqin njëra-tjetren, ndërsa ngarkesat e njëta shtyjnë njëra-tjetrën. Sa më e madhe ngarkesa, aq më e madhe është forca. Dhe poashtu si graviteti, kjo forcë mund të ndihet nga një distancë te pafund.
Siç tregon emri i saj, forca elektromagnetike përbëhet nga dy pjesë: forca elektrike dhe forca magnetike. Në fillim, fizikanët i përshkruanin këto forca si të ndara nga njëra-tjetra, por studiuesit më vonë kuptuan se të dy janë përbërës të së njëjtës forcë.
Komponenti elektrik vepron midis grimcave të ngarkuara qoftë ato lëvizëse ose të palëvizshme, duke krijuar një fushë me të cilën ngarkesat mund të ndikojnë në njëra-tjetrën. Por, pasi të vihen në lëvizje, ato grimca të ngarkuara fillojnë të shfaqin përbërësin e dytë, forcën magnetike. Grimcat krijojnë një fushë magnetike rreth tyre ndërsa lëvizin. Kështu që kur elektronet zmadhohen përmes një teli për të ngarkuar kompjuterin ose telefonin tuaj ose ndezni TV tuaj, për shembull, telat bëhen magnetik.
Forcat elektromagnetike transferohen midis grimcave të ngarkuara përmes shkëmbimit të bosoneve pa masë, që mbartin forca të quajtura fotone, të cilat janë gjithashtu përbërës të grimcave të dritës. Fotonet që mbartin forcën që shkëmbehen midis grimcave të ngarkuara, megjithatë, janë një llojëvi ndryshëm i fotoneve. Ato janë virtuale dhe të padukshme, edhe pse janë teknikisht të njëjtat grimca si versioni i vërtetë dhe i detektueshëm, sipas Universitetit të Tennessee, Knoxville.
Forca e fortë ( bërthamore )
Forca e fortë bërthamore, e quajtur edhe ndërveprimi i fortë bërthamor, është më e forta nga katër forcat themelore të natyrës. Është 6 mijë trilion trilion trilionë (kjo është 39 zero pas 6!) Herë më e fortë se forca e gravitetit, sipas faqes së internetit të HyperPhysics. Dhe kjo sepse lidh grimcat themelore të materies së bashku për të formuar grimca më të mëdha. Ajo mban së bashku kuarkët që përbëjnë protone dhe neutrone, dhe një pjesë e forcës së fortë gjithashtu, mban së bashku protonet dhe neutronet e bërthamës së një atomi.
Ashtu si forca e dobët, forca e fortë funksionon vetëm kur grimcat nënatomike janë jashtëzakonisht afër njëra-tjetrës. Ata duhet të jenë diku brenda 10 ^ -15 metra nga njëri-tjetri, ose afërsisht brenda diametrit të një protoni, sipas faqes së internetit të HyperPhysics.
Forca e fortë është e çuditshme, sepse, ndryshe nga cilado prej forcave të tjera themelore, ajo dobësohet pasi grimcat nënatomike lëvizin më afër së bashku. Në të vërtetë arrin forcën maksimale kur grimcat janë më larg nga njëra-tjetra, sipas Fermilab. Pasi të jetë brenda intervalit, bosonët e ngarkuar pa masë të quajtur gluonë transmetojnë forcën e fortë midis kuarkëve dhe i mbajnë ato "të ngjitur" së bashku. Një pjesë e vogël e forcës së fortë e mbetur vepron midis protoneve dhe neutroneve. Protonet në bërthamë zmbrapsin njëri-tjetrin për shkak të ngarkesës së tyre të ngjashme, por forca e fortë e mbetur mund të kapërcejë këtë zmbrapsje, kështu që grimcat qëndrojnë të lidhura në bërthamën e një atomi.
Shiko fotografinë 1698264
Natyra unifikuese
Pyetja e jashtëzakonshme e katër forcave themelore është nëse ato janë në të vërtetë shfaqje e një force të vetme të madhe të universit. Nëse po, secila prej tyre duhet të jetë në gjendje të bashkohet me të tjerat, dhe tashmë ka prova që ato munden.
Fizikantët Sheldon Glashow dhe Steven Weinberg nga Universiteti i Harvardit me Abdus Salam nga Imperial College London fituan çmimin Nobel në Fizikë në 1979 për bashkimin e forcës elektromagnetike me forcën e dobët për të formuar konceptin e forcës electroweak. Fizikantët që punojnë për të gjetur të ashtuquajturën teori të madhe të unifikuar synojnë të bashkojnë forcën elektroweak me forcën e fortë për të përcaktuar një forcë elektronike nukleare, të cilën modelet kanë parashikuar, por studiuesit ende nuk e kanë arritur. Pjesa e fundit e enigmës do të kërkonte më pas gravitetin unifikues me forcën elektrik nukleare për të zhvilluar të ashtuquajturën teori të gjithçkaje, një kornizë teorike që mund të shpjegonte tërë universin.
Sidoqoftë, fizikanët e kanë parë mjaft të vështirë bashkimin e botës mikroskopike me atë makroskopik. Në shkallët e mëdha dhe veçanërisht astronomike, graviteti mbizotëron dhe përshkruhet më së miri nga teoria e relativitetit të përgjithshëm të Ajnshtajnit. Por në shkallët molekulare, atomike ose nënatomike, mekanika kuantike përshkruan më së miri botën natyrore. Dhe deri më tani, askush nuk ka arritur me një mënyrë të mirë për të bashkuar ato dy botë.
Fizikantët që studiojnë gravitetin kuantik synojnë të përshkruajnë forcën për sa i përket botës kuantike, e cila mund të ndihmojë në bashkimin. Themelore për atë qasje do të ishte zbulimi i gravitoneve, bosoni mbajtës teorik i forcës gravitacionale. Graviteti është forca e vetme themelore që fizikanët aktualisht mund të përshkruajnë pa përdorur grimca mbajtëse të forcës. Por për shkak se përshkrimet e të gjitha forcave të tjera themelore kërkojnë grimca që mbajnë forcën, shkencëtarët presin që gravitonët të ekzistojnë në nivelin nënatomik - studiuesit thjesht nuk i kanë gjetur këto grimca ende.
Komplikimi i mëtejshëm i historisë është mbretëria e padukshme e materies së errët dhe energjisë së errët, të cilat përbëjnë afërsisht 95% të universit. Është e paqartë nëse materia dhe energjia e errët përbëhen nga një grimcë e vetme ose një tërësi grimcash që kanë forcat e tyre dhe bosonët e mesazheve.
Grimca kryesore e lajmëtarit me interes aktual është fotoni i errët teorik, i cili do të ndërmjetësonte ndërveprimet midis universit të dukshëm dhe të padukshëm. Nëse ekzistojnë fotone të errëta, ato do të ishin çelësi për të zbuluar botën e padukshme të materies së errët dhe mund të çojnë në zbulimin e një force të pestë themelore. Deri më tani, megjithë këtë, nuk ka asnjë provë se fotonet e errëta ekzistojnë, dhe disa hulumtime kanë ofruar prova të forta se këto grimca nuk ekzistojnë.
Nga Jeremy Rehm Science & Astronomy
Shiko fotografinë 1698263
Graviteti
Forca e dobët.
Elektromagnetizmi.
Forca e fortë.
Këto quhen katër forcat themelore të natyrës, dhe ato qeverisin gjithçka që ndodh në univers.
Graviteti:
Graviteti është tërheqja midis dy objekteve që kanë masë ose energji, pavarësisht nëse kjo shihet duke hedhur një shkëmb nga një urë, një planet që rrethon një yll ose hënë duke shkaktuar baticat e oqeanit. Graviteti është ndoshta më intuitivi dhe më i njohuri i forcave themelore, por gjithashtu ka qenë një nga më sfiduesit për tu shpjeguar.
Isaac Newton ishte i pari që propozoi idenë e gravitetit, gjoja i frymëzuar nga një mollë që binte nga një pemë. Ai e përshkroi gravitetin si një tërheqje të mirëfilltë midis dy objekteve. Shekuj më vonë, Albert Ajnshtajni sugjeroi, përmes teorisë së tij të relativitetit të përgjithshëm, se graviteti nuk është tërheqje apo forcë. Përkundrazi, është një pasojë e objekteve që lakojnë hapësir-kohë. Një objekt i madh funksionon hapësir-kohë pak si mënyra se si një top i madh i vendosur në mes të një rrjete të tendosur ndikon në atë material, duke lakuar atë dhe duke shkaktuar që objektet e tjera, më të vogla në rrjetë të bien drejt mesit.
Shiko fotografinë 1698261
Megjithëse graviteti mban së bashku planetët, yjet, sistemet diellore dhe madje edhe galaktikat, rezulton të jenë më të dobëtit e forcave themelore, veçanërisht në peshoren molekulare dhe atomike. Mendoni në këtë mënyrë: Sa e vështirë është të ngresh nje top nga toka ? Apo të ngrini këmbën? Apo të kërcejmë? Të gjitha këto veprime po kundërshtojnë gravitetin e tërë Tokës. Dhe në nivelin molekular dhe atomik, graviteti nuk ka pothuajse asnjë efekt në krahasim me forcat e tjera themelore.
Forca e dobët
Forca e dobët, e quajtur edhe ndërveprimi i dobët bërthamor, është përgjegjës për prishjen e grimcave. Ky është ndryshimi fjalë për fjalë i një lloji të grimcave nënatomike në një tjetër. Kështu, për shembull, një neutrino që qëndron afër një neutroni mund të shndërrojë neutronin në proton ndërsa neutrino bëhet një elektron.
Fizikantët e përshkruajnë këtë ndërveprim përmes shkëmbimit të grimcave që mbartin forcë të quajtura Bosonë. Llojet specifike të bosoneve janë përgjegjës për forcën e dobët, forcën elektromagnetike dhe forcën e fortë. Në forcën e dobët, bosonët ndahen në grimca të quajtura bosonë W dhe Z. Kur grimcat nënatomike si protonet, neutronet dhe elektroni vijnë brenda 10-¹8 metra, ose 0,1% të diametrit të një protoni, të njëri-tjetrit, ata mund të shkëmbejnë këto bosonë. Si rezultat, grimcat nënatomike kthehen në grimca të reja, sipas HyperPhysics në webin zyrtar të Universitetit Shtetëror të Georgia , Usa .
Forca e dobët është kritike për reagimet e bashkimit bërthamor që fuqizojnë diellin dhe prodhojnë energjinë e nevojshme për shumicën e formave të jetës këtu në Tokë. Është gjithashtu arsyeja pse arkeologët deri më sot mund të përdorin karbonin-14 në kockat antike, dru dhe objekte të tjera të gjalla. Karboni-14 ka gjashtë protone dhe tetë neutrone; një prej këtyre neutroneve shëndrrohet në një proton për të bërë azot-14, i cili ka shtatë protone dhe shtatë neutrone. Kjo prishje ndodh me një normë të parashikueshme, duke lejuar shkencëtarët të përcaktojnë se sa të vjetra janë këto , prsh kronologjinë e një kocke te nje dinosauri se kur ka jetuar.
Forca e dobët është kritike për reagimet e bashkimit bërthamor që fuqizojnë diellin dhe prodhojnë energjinë e nevojshme për shumicën e formave të jetës këtu në Tokë. Këtu keni një përmbledhje të flakës diellore të klasës M7.6 që shpërtheu nga dielli në 23 korrik 2016 siç shihet nga Observatori Solar Dynamics i NASA-s.
Shiko fotografinë 1698262
Forca elektromagnetike
Forca elektromagnetike, e quajtur edhe forca "Lorentz" ( nga Hendrix Lorentz) , vepron midis grimcave të ngarkuara, si elektrone të ngarkuara negativisht dhe protone të ngarkuar pozitivisht. Ngarkesat e kundërta tërheqin njëra-tjetren, ndërsa ngarkesat e njëta shtyjnë njëra-tjetrën. Sa më e madhe ngarkesa, aq më e madhe është forca. Dhe poashtu si graviteti, kjo forcë mund të ndihet nga një distancë te pafund.
Siç tregon emri i saj, forca elektromagnetike përbëhet nga dy pjesë: forca elektrike dhe forca magnetike. Në fillim, fizikanët i përshkruanin këto forca si të ndara nga njëra-tjetra, por studiuesit më vonë kuptuan se të dy janë përbërës të së njëjtës forcë.
Komponenti elektrik vepron midis grimcave të ngarkuara qoftë ato lëvizëse ose të palëvizshme, duke krijuar një fushë me të cilën ngarkesat mund të ndikojnë në njëra-tjetrën. Por, pasi të vihen në lëvizje, ato grimca të ngarkuara fillojnë të shfaqin përbërësin e dytë, forcën magnetike. Grimcat krijojnë një fushë magnetike rreth tyre ndërsa lëvizin. Kështu që kur elektronet zmadhohen përmes një teli për të ngarkuar kompjuterin ose telefonin tuaj ose ndezni TV tuaj, për shembull, telat bëhen magnetik.
Forcat elektromagnetike transferohen midis grimcave të ngarkuara përmes shkëmbimit të bosoneve pa masë, që mbartin forca të quajtura fotone, të cilat janë gjithashtu përbërës të grimcave të dritës. Fotonet që mbartin forcën që shkëmbehen midis grimcave të ngarkuara, megjithatë, janë një llojëvi ndryshëm i fotoneve. Ato janë virtuale dhe të padukshme, edhe pse janë teknikisht të njëjtat grimca si versioni i vërtetë dhe i detektueshëm, sipas Universitetit të Tennessee, Knoxville.
Forca e fortë ( bërthamore )
Forca e fortë bërthamore, e quajtur edhe ndërveprimi i fortë bërthamor, është më e forta nga katër forcat themelore të natyrës. Është 6 mijë trilion trilion trilionë (kjo është 39 zero pas 6!) Herë më e fortë se forca e gravitetit, sipas faqes së internetit të HyperPhysics. Dhe kjo sepse lidh grimcat themelore të materies së bashku për të formuar grimca më të mëdha. Ajo mban së bashku kuarkët që përbëjnë protone dhe neutrone, dhe një pjesë e forcës së fortë gjithashtu, mban së bashku protonet dhe neutronet e bërthamës së një atomi.
Ashtu si forca e dobët, forca e fortë funksionon vetëm kur grimcat nënatomike janë jashtëzakonisht afër njëra-tjetrës. Ata duhet të jenë diku brenda 10 ^ -15 metra nga njëri-tjetri, ose afërsisht brenda diametrit të një protoni, sipas faqes së internetit të HyperPhysics.
Forca e fortë është e çuditshme, sepse, ndryshe nga cilado prej forcave të tjera themelore, ajo dobësohet pasi grimcat nënatomike lëvizin më afër së bashku. Në të vërtetë arrin forcën maksimale kur grimcat janë më larg nga njëra-tjetra, sipas Fermilab. Pasi të jetë brenda intervalit, bosonët e ngarkuar pa masë të quajtur gluonë transmetojnë forcën e fortë midis kuarkëve dhe i mbajnë ato "të ngjitur" së bashku. Një pjesë e vogël e forcës së fortë e mbetur vepron midis protoneve dhe neutroneve. Protonet në bërthamë zmbrapsin njëri-tjetrin për shkak të ngarkesës së tyre të ngjashme, por forca e fortë e mbetur mund të kapërcejë këtë zmbrapsje, kështu që grimcat qëndrojnë të lidhura në bërthamën e një atomi.
Shiko fotografinë 1698264
Natyra unifikuese
Pyetja e jashtëzakonshme e katër forcave themelore është nëse ato janë në të vërtetë shfaqje e një force të vetme të madhe të universit. Nëse po, secila prej tyre duhet të jetë në gjendje të bashkohet me të tjerat, dhe tashmë ka prova që ato munden.
Fizikantët Sheldon Glashow dhe Steven Weinberg nga Universiteti i Harvardit me Abdus Salam nga Imperial College London fituan çmimin Nobel në Fizikë në 1979 për bashkimin e forcës elektromagnetike me forcën e dobët për të formuar konceptin e forcës electroweak. Fizikantët që punojnë për të gjetur të ashtuquajturën teori të madhe të unifikuar synojnë të bashkojnë forcën elektroweak me forcën e fortë për të përcaktuar një forcë elektronike nukleare, të cilën modelet kanë parashikuar, por studiuesit ende nuk e kanë arritur. Pjesa e fundit e enigmës do të kërkonte më pas gravitetin unifikues me forcën elektrik nukleare për të zhvilluar të ashtuquajturën teori të gjithçkaje, një kornizë teorike që mund të shpjegonte tërë universin.
Sidoqoftë, fizikanët e kanë parë mjaft të vështirë bashkimin e botës mikroskopike me atë makroskopik. Në shkallët e mëdha dhe veçanërisht astronomike, graviteti mbizotëron dhe përshkruhet më së miri nga teoria e relativitetit të përgjithshëm të Ajnshtajnit. Por në shkallët molekulare, atomike ose nënatomike, mekanika kuantike përshkruan më së miri botën natyrore. Dhe deri më tani, askush nuk ka arritur me një mënyrë të mirë për të bashkuar ato dy botë.
Fizikantët që studiojnë gravitetin kuantik synojnë të përshkruajnë forcën për sa i përket botës kuantike, e cila mund të ndihmojë në bashkimin. Themelore për atë qasje do të ishte zbulimi i gravitoneve, bosoni mbajtës teorik i forcës gravitacionale. Graviteti është forca e vetme themelore që fizikanët aktualisht mund të përshkruajnë pa përdorur grimca mbajtëse të forcës. Por për shkak se përshkrimet e të gjitha forcave të tjera themelore kërkojnë grimca që mbajnë forcën, shkencëtarët presin që gravitonët të ekzistojnë në nivelin nënatomik - studiuesit thjesht nuk i kanë gjetur këto grimca ende.
Komplikimi i mëtejshëm i historisë është mbretëria e padukshme e materies së errët dhe energjisë së errët, të cilat përbëjnë afërsisht 95% të universit. Është e paqartë nëse materia dhe energjia e errët përbëhen nga një grimcë e vetme ose një tërësi grimcash që kanë forcat e tyre dhe bosonët e mesazheve.
Grimca kryesore e lajmëtarit me interes aktual është fotoni i errët teorik, i cili do të ndërmjetësonte ndërveprimet midis universit të dukshëm dhe të padukshëm. Nëse ekzistojnë fotone të errëta, ato do të ishin çelësi për të zbuluar botën e padukshme të materies së errët dhe mund të çojnë në zbulimin e një force të pestë themelore. Deri më tani, megjithë këtë, nuk ka asnjë provë se fotonet e errëta ekzistojnë, dhe disa hulumtime kanë ofruar prova të forta se këto grimca nuk ekzistojnë.