Astronomická společnost Chomutov

                                                                               ^{další články               +}      

kosmologie

přidáno  19.04.2020

Elementární síly

Je zajímavé, že už řekové měli představu o čtyřech silách na světě - oheň, voda, vzduch a země. Ve vesmíru máme také čtyři elementární síly. Náhoda? Jsou to síly, které nutí fundamentální částice tvořit určitou stavbu: silná jaderná síla, slabá jaderná síla, elektromagneticá síla a gravitace. Každá z nich má i své vlastní nosiče (u gravitace jde o hypotetického nosiče, zatím neobjeveného - nazývaného graviton). Ta nejjednodušší a bezprostředně působící síla na naší planetě a v celém vesmíru a taky nejdůležitější - královna všech sil - je gravitace. I když je ta nejslabší. Ale začneme tou sílou, které dobře rozumíme.

Elektromagnetická síla

Působí na každou atomovou částici, která má elektrický náboj. Má v podstatě nekonečný dosah, ale protože plus vždycky někde "narazí" na mínus (a opačně), je přeci jen omezená. Elektromagnetismus je odpovědný za světlo, díky němu hraje rádio, funguje mikrovlnová trouby a ultrafialovými paprsky vás i opálí.. Elektromagnetická síla je odpovědná za vazbu protonů k elektronům v atomech a váže k sobě atomy a vytváří tak složité molekuly. Nosičem síly je virtuální foton (světlo je reálný foton). Positivní a negativní náboje se přitahují a navenek se chovají neutrálně. Jeden elektron má mínusový náboj a jeden proton plusový, proto je atom vodíku navenek neutrální. Stejné náboje se ovšem odpuzují. A tak už třeba v helium, které má protony dva se musí tyto protony odpuzovat. A to tím silněji, čím jsou si částice blíže. Takže musí na ně působit ještě jiná síla, která drží atomová jádra pohromadě. Jinak by se musely rozletět od sebe.

Tato síla je silná jaderná síla. Je to ta vůbec nejsilnější síla ve vesmíru. Překoná i elektromagnetickou sílu, která kladně nabité protony odpuzuje. Zkuste dát k sobě dva silné magnety se stejným pólem. Možná se vám podaří je přiblížit k sobě na velice malou vzdálenost, ale zcela na sebe je nedostanete. Silná jaderná síla to právě dokáže. Ovšem působí jen na vzdálenost průměr protonu. Nosičem síly je gluon. Při dělení atomů uvolňuje tato síla velice mnoho energie. Bez silné jaderné síly by nebyly žádné atomy a tudíž ani my, co o tom diskutujeme ... che che che.

Kvarky jsou drženy pohromadě silnou sílou prostřednisctvím gluonů

Slabá jaderná síla

Je právě tak důležitá, jako silná. Díky slabé síle hoří naše slunce (a taky všechny ostatní ... hi hi hi). Má co dělat s tím, že se v některých atomových jádrech (ne ve všech) částice, protony a neutrony, můžou navzájem přeměňovat. To vede k tzv. radioaktivnímu rozpadu. Jsou různé druhy rozpadů, ale téměř vždy se na tom podílí přeměna neutrónů nebo protónů. Působí také na vyjímečně malé vzdálenosti - uvnitř atomových jader. Nosičem síly jsou bosony. Slabá jaderná síla dovoluje atomům změnit svoji podstatu tím, že pohltí nebo vyzáří částice. Slabou jí nazýváme proto, že je mnohem slabší než silná síla a elektromagnetická síla. V radioaktivních prvcích je slabá síla natolik silná, že může přerušit vazby, které drží jádro pohromadě. Slabá síla umožňuje jaderné sloučení - dovolí lehkým prvkům aby se spojily a vytvořily prvky těžší. Při tom se uvolňuje i trochu energie.

Gravitace

Je síla (i když Einstein o síle nemluví ... hi hi hi), s níž se každodenně setkáváme. Takže by mohla být snadná k pochopení. Ale kdepak! Je to jediná síla působící nekonečně v celém vesmíru (i když slábne se čtvercem vzdálenosti) a není možno ji uniknout. Ani ta nejtlustší stěna či materiál jí nedokáže odfiltrovat. Je sice nejslabší ze všech sil, ale dřív nebo později dokáže vytvořit objekty ohromných velikostí (galaxie). Její nosič není fyzikům znám a dokonce ani nevědí, jestli existují. Uvažujeme však o hypotetických nosičích jménem gravitony. Když my astríci zvedáme v noci hlavy ke hvězdám (a vidíme je;-), vděčíme za to právě gravitaci, která ty hvězdy "uhnětla". Gravitace činí věci těžkými a způsobuje, že předměty padají.

Silná, slabá a elktromagnetická síla byly sjednoceny v rámci standartního modelu na kvantové úrovni. Nikdo však dosud nevymyslel způsob, jak Einsteinovu gravitaci kvantovat. A proto se ještě nepodařilo sjednotit všechny síly do jedné "teorie všeho". A tak máme sice dvě nejúspěšnější teorie, obecná teorie relativity a kvantová mechanika, ale ty se zdají být zcela neslučitelné. Einstein měl ve své době k dispozici jen elektromagnetismus a gravitaci a z elementárních částic "jen" proton a elektron. Proto se ani jemu tenkrát nepodařila formulace "své" sjednocené teorie pole. Na to si musíme holt nějakou dobu počkat ...