Четыре основные силы природы
Фундаментальная сила природы — это притяжение или отталкивание между объектами, описанное посредством взаимодействий между полями и частицами.
Физики выделили четыре основных типа этих взаимодействий, которые вместе описывают каждое действие, которое мы наблюдаем во Вселенной, от распада атомных частиц до перемещений галактик.
Что такое сильное ядерное взаимодействие?
Сильное ядерное взаимодействие — это то, что удерживает вместе ядра атомов.
Протоны и нейтроны, составляющие ядро атома, сами состоят из трех более простых частиц, называемых кварками. Частица, называемая глюоном, действует на свойство кварков, называемое цветом, создавая силу притяжения.
В отличие от трех других фундаментальных сил, чем дальше должен пройти глюон, тем сильнее становится ядерное взаимодействие. В масштабе протонов и нейтронов этот пружинный эффект делает невероятно трудным разделение кварков. Это помогает объяснить, почему сильная ядерная сила так сильна.
В масштабе всего ядра атома сила также связывает целые протоны и нейтроны друг с другом. Протоны также отталкивают друг друга благодаря электромагнитной силе, устанавливая равновесие между атомными ядрами.
Что такое электромагнетизм?
Электромагнетизм — это сила притяжения и отталкивания между частицами со свойством, называемым зарядом, которые бывают двух видов — положительной и отрицательной. Объекты с одинаковым зарядом будут оказывать отталкивающее действие друг на друга, в то время как объекты с разным зарядом будут иметь эффект притяжения.
Это сила, которая наиболее очевидна в нашей повседневной жизни. Благодаря взаимодействию отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных протонов она позволяет отдельным атомам объединяться в разные материалы. Сила также переносится через электромагнитное поле частицей, называемой фотоном, которая воспринимается нашими глазами как свет.
Что такое слабое ядерное взаимодействие?
Из всех фундаментальных сил сложнее всего понять слабое ядерное взаимодействие. Оно описывает, как кварки, составляющие ядерные частицы, могут переходить из одной формы в другую. Сила переносится частицами, называемыми W- и Z-бозонами.
Слабое взаимодействие возникает на невероятно малом расстоянии, равном примерно 0,1 процента диаметра протона. Когда частица, такая как нейтрино, подходит вплотную к кварку, слабое взаимодействие заставляет кварк изменяться, посылая W-бозон. Это может превратить нейтрон в протон (создавая при этом совершенно новый элемент), а нейтрино в электрон.
Что такое гравитация?
Гравитация — это сила притяжения между массами, которая, согласно общей теории относительности, возникает в результате воздействия энергии на поле пространства-времени. Хотя теория предполагает, что возможно существует частица-посредник, называемая гравитоном, эксперименты еще не подтвердили его существование.
Хотя гравитация может показаться сильной силой, отвечающей за взаимодействие целых галактик и буквально «выжимание» света из звезд, она примерно в 1029 раз слабее, чем слабое ядерное взаимодействие. Это означает, что гравитация практически не оказывает заметного влияния на масштабы крошечных частиц и становится актуальной только на космических масштабах.
Существуют ли более четырех фундаментальных сил?
Хотя Стандартная модель физики описывает только четыре носителя силы и их эффекты, мало что может помешать гипотетическому существованию большего количества сил в альтернативных моделях.
В последние годы в экспериментах с высокими энергиями были обнаружены потенциально новые частицы с характеристиками неизвестного носителя силы. Тонкие эффекты этой силы можно увидеть в направлениях, в которых субатомные частицы испускаются во время некоторых видов распада. Их существование может даже объяснить, что такое темная материя.
На данный момент существование любых дополнительных сил весьма спорно. Будущие эксперименты могут их исключить или — возможно — найти новую физику, которая покажет, что во Вселенной существует более четырех сил.
Текст и изображения могут быть изменены, удалены или добавлены по решению редакции, чтобы информация оставалась актуальной.
