Klávesové zkratky na tomto webu - rozšířené Vyhledávání Přeskočit hlavičku a menu

Kde mně sledovat?

Čtyři silové interakce

V tomto článku si představíme základní druhy sil, které stojí v pozadí všech známých způsobů vzájemného silového působení částic a polí. Tradičně fyzici uvažují o čtyřech: gravitaci, elektromagnetické síle, slabé a silné (jaderné) interakci.


Obecně o silových interakcích

Tradičně se jim také říká „fundamentální síly“. Dnes však již víme, že jedna z nich není tradiční silou (v newtonianském smyslu) a zbylé tři se jeví jako různé aspekty jedné síly.

Konkrétně „nesilou“ je gravitace, která je dle obecné teorie relativity pouze zakřivením časoprostoru. V rámci teorie elektroslabé interakce se podařilo sjednotit elektromagnetickou a slabou sílu. A existuje i teorie sjednocující tuto elektroslabou a silnou sílu. Ale my začneme pěkně od začátku.

Gravitační síla (G)

„Nepozemská“ síla, jak by ji asi nazvali naši předci, v běžném životě opravdu visuálně potkáváme jen u pohybu nebeských těles. Ze všech sil je nejslabší v tom smyslu, že ji v mnoha případech „přebíjí“ ostatní (zvláště v mikrosvětě). Má však jednu unikátnostnelze ji samu o sobě vyrušit/odstínit, neexistuje totiž nic jako antigravitace.

To je ostatně dáno tím, že působí na hmotu částic či těles – naneštěstí neexistuje nic jako záporná hmota. Platí, že čím více jsou tělesa „těžší“~hmotnější, tím se více přitahují. Uvědomme si, že tíha, v našem běžném chápání, není nic jiného než jakou silou jsou tělesa přitahována k Zemi.

Vzhledem k předchozímu není asi překvapující, že působiště gravitace není nijak prostorově omezeno (je tzv. dalekosahová) a působí na všechny (hmotné) objekty. Byť samozřejmě s přibývající vzdáleností ztrácí na významu (klesá kvadraticky). Dvakrát vzdálenější objekty na sebe působí již čtyřikrát menší silou.

Elektromagnetická síla (E)

Později lidé objevili elektrické a magnetické jevy a ukázalo se, ze spolu úzce souvisí. Například světlo je elektromagnetické vlnění, tedy pravidelné změny elektrického a magnetického pole, které se šíří prostředím. Mnohé z jejích vlastností z ní činí pro nás nejviditelnější a „nejdůležitější“ silou.

Fixuje například velikost atomů, udržuje strukturu pevné látky – způsobuje vazby mezi molekulami, atomy, elektrony a jádry. Objem objektů a většina sil z běžného života (třecí síly, odporové síly, …) jsou tedy projevem právě elektromagnetické interakce. Přičemž se jedná o druhou nejsilnější interakci – je 1036 krát silnější než síla gravitační!

„Vzniká“ mezi nabitými částicemi. Působí totiž na elektrický náboj (tj. na všechny elektricky nabité částice) a to buď přitažlivě, či odpudivě v závislosti na znaménku náboje. Odtud také plyne, proč reálně nepůsobí do nekonečna. Vesmír je totiž jako celek elektricky neutrální a tudíž se jednotlivá elektromagnetická působení vzájemně vyruší. Přestože její síla také klesá kvadraticky, ve větších vzdálenostech převažuje gravitace.

Silná interakce (S)

S objevem (struktury) atomového jádra bylo potřeba určit jak částice v jádře drží pohromadě – předchozí síly samotné k tomu totiž nestačí, ba dokonce gravitace zde vzhledem k hmotnostem nehraje roli. Tato nová síla musí udržet nukleony a kvarky u sebe v jádrech atomů. Vezmeme-li například jádro helia, pak vidíme, že je zde silná interakce natolik silná, že udrží dva protony, přestože se elektromagneticky odpuzují

Mluvíme tedy o tzv. silné jaderné síle nebo obecně o silné interakci. Toto označení podporuje i to, že je ze všech sil nejsilnější – je 102 krát silnější než elektromagnetická síla, tedy 1038 krát silnější než síla gravitační. Avšak má velmi krátký dosah – působí jen v mikrosvětě a působí pouze na kvarky a gluony.

Slabá interakce (W)

Posledním jevem, který si měl zasloužit vlastní sílu, je rozpad některých atomových jader na jádra jiná. Při těchto reakcí z jádra vyletují elektrony či pozitrony (antičástice k elektronům, které mají stejnou hmotnost ale opačný náboj).

Slabá interakce je „jen“ 1025 krát silnější než gravitace a je tedy slabší než síla elektromagnetická. Také má velmi krátký dosah a působí pouze na kvarky a leptony. Avšak za rozpady 95% částic stojí právě slabá interakce.

Zprostředkovatelé interakcí

Předchozí text v nás mohl vyvolat otázku: Jak vzniká síla? Nejlépe si to asi přiblížíme na situaci, kdy máme dvě osoby na dvou loďkách někde na klidné vodě. Naši experimentátoři mají taktéž míč a na počátku našeho experimentu jsou loďky vedle sebe.

Nyní si začnou tento míč mezi sebou přehazovat. Osoba, která míč hází, předává energii míči (zákon akce a reakce) a osoba, která míč chytá, přijímá energii „uskladněnou“ v míči. V důsledku předchozího se naše loďky začnou od sebe vzdalovat a máme tak představu (sice vzdálenou, ale ...) o způsobu vzniku odpudivé síly. Pokud bychom míč vyměnili za bumerang a házeli jej tak, aby vždy dopadl na záda druhé osoby (nejlépe samozřejmě tak, abychom my byli zády ke směru hodu), ilustrovali bychom sílu přitažlivou.

Interakci mezi experimentátory zprostředkovával míč resp. bumerang. A prostředkem interakce je energie schovávaná v míči resp. bumerangu. I naše silové interakce mají své prostředníky a prostředky s jejichž pomocí působí na okolí.

Tak tedy, u elektromagnetické interakce je prostředníkem částice foton a prostředkem je elektrický náboj, u silné je prostředníkem gluon a prostředkem tzv. barevný náboj, u slabé bosony W± a Z a prostředkem je tzv. vůně, u gravitace je pak prostředníkem graviton a prostředkem interakce je hmotnost.

Hmotnost je zajímavá v tom, že dle slavné rovnice Energie je rovna hmotnosti krát rychlost světla na druhou má spojitost s energií. Co víc, hmotnost převážně „vzniká“ z energie interakcí mezi kvarky a gluony. Má tedy spojitost se silnou interakcí. Gluony, které ji zprostředkovávají, neustále vznikají a zanikají a s jejich pomocí jsou k sobě vázány kvarky, které vytváří protony a neutrony. Energie jejich fluktuací je tedy zahrnuta v celkové hmotnosti protonu a neutronu, ti pak tvoří atomy a … Hmotnost elementárních částic pak „vysvětluje“ tzv. Higgsův boson.

Jednotná teorie

Někdy i odborněji Jednotná teorie pole (Teorie velkého sjednocení) či populárnější Teorie všeho. Jak už jsme si řekli v úvodu, tři ze čtyř interakcí lze popsat (řekněme s odřenýma ušima) v rámci teorie jedné „supersíly“ chcete-li „superinterakce“. Problémem je však skloubení makroskopických (resp. kosmických) jevů s těmi mikroskopickými. Zvláště pak v místech, kde se tyto světy prolínají jako například v černých dírách. Což však, alespoň prozatím, nedaří.

Kouzlo tohoto sjednocení však je, že by v jeho důsledku měl existovat jednotný popis („jedna rovnice“) pro všechny děje ve vesmíru. Uvidíme, zda se tohoto popsání světa pomocí univerzální teorie dožijeme.

Závěr, refernce a doporučené texty k přečtení

Tento, článek je spíše takovým prvním seznámením. Doufám tedy, že jsme úspěšně nahlédli za oponu běžného světa a podívali se na ozubená kolečka soukolí jménem vesmír. Pokud vás problematika zaujala neváhejte navštívit:

Blahopřeji, přečetli jste celý článek, který vyšel 13. 04. 2014 a byl celý přečten 295×. Použité štítky: , , , .

Přečtěte si!

... Podobné články:

Programování a algoritmizace

Zatím pracovní verze knihy/brožurky o programování a tvorby algoritmů pomocí prog…

Rychlokurz pro QtiPlot

Asi by bylo vhodné si ujasnit jakou přesně alternativou QtiPlot je. Oproti Origin…

All in one web Searcher

Nestačí-li nám možnosti vyhledávání v „chromoidních“ prohlížečích (tedy hlavně  C…

... Nejčtenější články:

Kontextová nabídka

Přečteno 1187 krát.



Užitečné tipy - Po druhé

Přečteno 475 krát.

Možnosti sdílení

Zaujal vás tento článek? Nezapomeňte, že jen vy jej můžete ukázat stovkám dalších lidí. Stačí ve sloupci vpravo pod článkem kliknout na odkaz "Sdílejte článek!"! To Vás přesměruje na stránku, na níž si můžete nastavit, kde všude si přejete článek propagovat. Pro nejčastější služby také můžete využít tlačítka pod tímto odkazem. Jedná se postupně (z leva do prava) o služby Facebook, Twitter, Google Plus a Linkuj.
Předem děkuji za Vaši podporu.

Komentáře

Tento článek neobsahuje žádný komentář, buďte první, kdo jej okomentuje!!! Také můžete přeskočit na formulář pro vložení vlastního komentáře.

Komentáře můžete sledovat pomocí kanálů ATOM či RSS, případně pomocí emailu (musíte ale přidat komentář).

Nyní můžete rychle přejít na: začátek článku, konec článku.

Formulář pro vložení komentáře

Nezapomněli jste propagovat tento článek na Vašich oblíbených místech v internetu? Učiňte tak nyní: pridej.cz!

(volitelně)
(volitelně)
Vložit smajlíka | Pokročilé formátování

Poznámka: všechny HTML tagy kromě <b> a <i> budou odstraněny. Odkazy a maily stačí vložit zapsáním prostého textu. Také se nemusíte bát překlepů! Položky Jméno, Email a URL jsou inteligentní a v případě chyby se podbarví červeně. Při psaní komentáře by měla být automaticky povolena kontrola pravopisu.

Nezapomeňte, že komentáře se na tomto webu řídí těmito pravidly!

Na tomto webu je povoleno moderování komentářů. To znamená, že Váš komentář nebude vidět dokud nebude potvrzen editorem.

Zapamatovat si osobní informace?
Oznamovat
Skrývat email