Četras fundamentālās mijiedarbības

Šajā video es gribu

sniegt ļoti vispārīgu pārskatu par četriem fundamentālajiem spēkiem

Visumā.

Un es sākšu ar gravitāciju.

Un dažus no jums varētu pārsteigt, ka gravitācija vispār

ir vājākais no četriem fundamentālajiem spēkiem.

Un tas ir pārsteidzoši, jo tu teiksi: oho,

tas ir tas, kas mūs notur pielīmējušos — ne gluži pielīmējušos — bet notur mūs,

lai mēs nenolēktu no planētas.

Tas ir tas, kas notur Mēnesi orbītā ap Zemi,

Zemi orbītā ap Sauli, Sauli orbītā

ap Piena Ceļa galaktikas centru.

Ir nedaudz pārsteidzoši,

ka tas vispār ir vājākais no spēkiem.

Un tas sāk kļūt saprotams, kad tu vispār

padomā par lietām varbūt vairāk cilvēka mērogā,

vai molekulārā, vai pat atomārā mērogā.

Pat cilvēka mērogā, starp tavu datora monitoru un tevi

pastāv sava veida gravitācijas pievilkšanās.

Bet tu to nepamani.

Vai starp tavu mobilo telefonu un maku pastāv

gravitācijas pievilkšanās.

Bet tu neredzi, ka tie pievelkas viens otram tā,

kā tu varētu redzēt divus magnētus pievelkamies vienu otram

vai atgrūžamies vienu no otra.

Un, ja tu pārej uz vēl mazāku mērogu,

tu redzēsi, ka tam ir vēl mazāka nozīme.

Mēs ķīmijā pat nerunājam par gravitāciju,

lai gan gravitācija tur pastāv.

Bet šajos mērogos pārējie spēki patiešām,

patiešām, patiešām sāk dominēt.

Gravitācija ir mūsu vājākā.

Ja mēs no tās pakāpjamies nedaudz augstāk,

mēs nonākam pie — un šis varbūt ir mums grūtāk

vizualizējamā spēka.

Vai vismaz man tas ir vismazāk intuitīvais spēks —

tas vispār ir vājais spēks, ko dažreiz sauc par

vājo mijiedarbību.

Un tas ir atbildīgs par radioaktīvo sabrukšanu,

īpaši par bēta mīnus un bēta plus sabrukšanu.

Un, lai sniegtu piemēru par reālu vājo mijiedarbību,

ja man būtu cēzijs-137 — 137 nozīmē, ka tam ir 137 nukloni.

Nuklons ir vai nu protons, vai neitrons.

Tu saskaiti cēzija protonus un neitronus,

un tu iegūsti 137.

Un tas ir cēzijs, jo tam ir tieši 55 protoni.

Vājā mijiedarbība ir tā, kas

ir atbildīga par to, ka viens no neitroniem — būtībā

viens no tā kvarkiem apgriežas un pārvēršas par protonu.

Un es neiedziļināšos detaļās par to, kas ir kvarks

un tamlīdzīgi.

Un matemātika var kļūt diezgan sarežģīta.

Bet es tikai gribu tev sniegt piemēru

par to, ko dara vājā mijiedarbība.

Ja viens no šiem neitroniem pārvēršas par protonu,

tad mums būs viens papildu protons.

Bet mums būs tāds pats nuklonu skaits.

Papildu neitrona vietā šeit,

tev tagad šeit ir papildu protons.

Un tagad šis ir cits atoms.

Tagad tas ir bārijs.

Un šajā apgriešanās procesā tas vispār

izstaros elektronu un antielektrona neitrīno.

Un es neiedziļināšos detaļās par to,

kas ir antielektrona neitrīno.

Tās ir fundamentālās daļiņas.

Bet tas ir tieši tas, kas ir vājā mijiedarbība.

Tas nav kaut kas mums pilnīgi acīmredzams.

Tā nav tāda tradicionāla lietu vilkšana

vai atgrūšana vienai no otras, kādu mēs

saistām ar citiem spēkiem.

Nākamais spēcīgākais spēks — un tikai,

lai dotu priekšstatu, cik vāja ir gravitācija

pat attiecībā pret vājo mijiedarbību,

vājā mijiedarbība ir 10^25 reižu

stiprāka par gravitāciju.

Un tu varētu teikt: ja tas ir tik stiprs, kāpēc

tas nedarbojas uz planētām

vai uz mums attiecībā pret Zemi?

Kāpēc tas neattiecas uz starpgalaktiku attālumiem

tā, kā to dara gravitācija?

Un iemesls ir tāds, ka vājā mijiedarbība patiešām darbojas

ļoti mazos attālumos, ļoti, ļoti mazos attālumos.

Tātad tā var būt daudz stiprāka par gravitāciju,

bet tikai ļoti, ļoti — un tā patiešām

darbojas tikai subatomārā mērogā.

Ja tu ej kaut kur tālāk par to, tā it kā

pazūd kā reāls spēks, kā reāla mijiedarbība.

Nākamais spēks hierarhijā,

ar kuru mēs esam labāk pazīstami,

ir tas, kas vispār dominē lielākajā daļā ķīmijas,

ar kuru mēs saskaramies, un elektromagnētismā,

ar ko mēs saskaramies, un tas ir elektromagnētiskais spēks.

Ļauj man to uzrakstīt purpursarkanā krāsā: elektromagnētiskais spēks.

Un, lai dotu priekšstatu, tas ir 10^36 reižu

stiprāks par gravitāciju.

Tas it kā noliek vājo spēku savā vietā.

Tas ir 10^12 reižu stiprāks par vājo spēku.

Tie ir milzīgi skaitļi, par kuriem mēs

runājam, vai nu šis attiecībā pret to,

vai pat šis attiecībā pret gravitāciju.

Un tu varētu teikt, nu,

elektromagnētiskais spēks ir neticami stiprs.

Kāpēc tas nedarbojas šādos makro mērogos,

tāpat kā gravitācija?

Ļauj man to uzrakstīt tur, makro mērogos.

Kāpēc tas neattiecas uz makro mērogiem?

Un elektromagnētiskajam spēkam nav nekā tāda, kas

neļautu, vai, tas vispār darbojas lielos attālumos.

Tomēr realitāte ir tāda, ka tev nav tik milzīgu koncentrāciju

vai nu Kulona lādiņu, vai magnētisma, kā tas ir ar masu.

Masai ir tik milzīgas koncentrācijas,

ka tā var darboties milzīgos, milzīgos attālumos,

lai gan tā ir daudz, daudz, daudz vājāka

par elektromagnētisko spēku.

Kas notiek ar elektromagnētisko spēku:

tā kā tas ir gan pievilkšanās, gan atgrūšanās spēks,

tam ir tendence pašam sakārtoties.

Tāpēc tev nav šo milzīgo, milzīgo, milzīgo koncentrāciju

lādiņu.

Otra lieta, par ko tu varētu brīnīties,

ir: kāpēc to sauc par elektromagnētisko spēku?

Mūsu ikdienas dzīvē ir tādas lietas kā Kulona spēks

jeb elektrostatiskais spēks, ar ko mēs esam pazīstami.

Pozitīvi lādiņi jeb vienādi lādiņi grib

atgrūsties — ja abi šie būtu negatīvi,

notiktu tas pats —

un dažādi lādiņi grib pievilkties.

Mēs to esam redzējuši vairākas reizes.

Šis ir Kulona spēks jeb elektrostatiskais spēks.

Un tad, šķiet, vārda otrā pusē

tev ir magnētiskā daļa.

Un magnēti, tu esi spēlējies ar ledusskapja magnētiņiem.

Ja tās ir vienādas magnēta puses,

tās atgrūdīsies viena no otras.

Ja tās ir pretējas puses, pretēji poli,

tās pievilksies viena otrai.

Tad kāpēc to sauc par vienu spēku?

To sauc par vienu spēku — un atkal,

es šeit neiedziļināšos detaļās — to

sauc par vienu spēku, jo izrādās,

ka Kulona spēks, elektrostatiskais spēks

un magnētiskais spēks vispār ir viena un tā pati lieta, skatoties

no dažādām atskaites sistēmām.

Es neiedziļināšos detaļās.

Bet vienkārši paturi to prātā, ka tie

ir saistīti.

Un kādā nākamajā video es vairāk

iedziļināšos intuīcijā par to, kā tie ir saistīti.

Un tas ir acīmredzamāk, kad lādiņi kustas

relatīvistiskās sistēmās un tev ir... nu,

tur es neiedziļināšos detaļās.

Bet vienkārši paturi prātā, ka tie patiešām

ir viens un tas pats spēks, tikai skatoties no dažādām atskaites

sistēmām.

Visstiprākajam no spēkiem, iespējams, ir

vislabākais nosaukums no visiem.

Un tas ir stiprais spēks.

Tas ir stiprais spēks.

Un, lai gan tu, iespējams, vēl neesi to redzējis

ķīmijas stundās, tas vispār

ļoti spēcīgi izpaužas ķīmijā.

Jo jau no paša sākuma, kad tu pirmo reizi mācies par atomiem —

ļauj man uzzīmēt hēlija atomu.

Hēlija atomam kodolā ir divi protoni

un tam ir divi neitroni.

Un tam ir arī divi elektroni, kas riņķo apkārt.

Tam ir elektrons.

Un es varētu uzzīmēt elektronu daudz mazāku.

Nu, es nemēģināšu neko zīmēt relatīvā izmērā.

Bet tam apkārt riņķo divi elektroni.

Un viens jautājums, kas varbūt tev ienāca vai neienāca prātā,

kad tu pirmo reizi ieraudzīji šo atoma modeli,

ir: nu, es saprotu, kāpēc elektroni tiek

pievilkti pie kodola.

Tiem ir negatīvs Kulona lādiņš.

Kodolam ir kopējais pozitīvais Kulona lādiņš.

Bet tas, kas nav tik acīmredzams un ko

ķīmijas stundās dažreiz mēdz neizskaidrot,

ir tas, ka šie divi pozitīvie lādiņi

atrodas tieši blakus viens otram.

Ja elektromagnētiskais spēks būtu vienīgais spēks, kas darbojas,

ja Kulona spēks būtu vienīgais, kas notiek,

šie puiši vienkārši aizbēgtu viens no otra.

Tie atgrūstos viens no otra.

Un vienīgais iemesls, kāpēc tie

spēj turēties kopā, ir tas, ka pastāv

vēl stiprāks spēks par elektromagnētisko spēku,

kas darbojas šajos ļoti, ļoti, ļoti mazajos attālumos.

Ja tu novieto divus no šiem protoniem pietiekami tuvu kopā,

un stiprais spēks darbojas tikai ļoti, ļoti, ļoti

mazos attālumos, subatomāros vai man pat būtu jāsaka

kodola līmeņa attālumos, tad stiprā mijiedarbība

sāk darboties.

Tad stiprā mijiedarbība vispār notur

šos lādiņus kopā.

Un atkal, lai to paturētu prātā attiecībā pret gravitāciju,

tas ir 10^38 reižu stiprāks par gravitāciju.

Vai arī tas ir apmēram 100 reižu stiprāks par elektromagnētisko spēku.

Tātad vēlreiz, iemesls, kāpēc tu

neredzi, ka stiprais spēks, kas

ir visstiprākais no visiem spēkiem,

vai vājā mijiedarbība, darbojas milzīgos mērogos,

ir tas, ka to stiprums izzūd ļoti, ļoti ātri.

Pat tad, kad tu sāc aplūkot atomu kodolus ar lielāku rādiusu,

šis stiprums sāk izzust,

īpaši stiprajam spēkam.

Iemesls, kāpēc tu neredzi, ka elektromagnētiskais spēks darbojas

lielos attālumos, lai gan teorētiski tas varētu,

tāpat kā gravitācija, ir tas, ka tu neredzi

tāda veida lādiņu koncentrācijas, kādas

tu redzi masu koncentrācijām Visumā.

Jo lādiņu koncentrācijas

mēdz pašas sevi sakārtot.

Tās sāk izlīdzināties.

Ja man tur ir milzīgs pozitīvs lādiņš

un tur milzīgs negatīvs lādiņš,

tie pievilksies viens otram un tad kļūs par

būtībā lielu neitrāla lādiņa gabalu.

Un, kad tie ir liels neitrāla lādiņa gabals,

tie vairs nemijiedarbosies ne ar ko citu.

Un gravitācija, ja tev ir viena masa un cita masa,

un tās pievelkas viena otrai, tad tev

ir vēl lielāka masa, kas vēl labāk

pievelk citas masas.

Un tā tas turpinās pievilkt lietas sev klāt.

Tātad process it kā veļas kā sniega bumba.

Un tāpēc gravitācija darbojas uz šiem patiešām, patiešām

lieliem, lieliem objektiem mūsu Visumā

un uz Visumu kopumā.