Какая сила самая мощная во Вселенной?
Самая мощная сила Природы
Нашу Вселенную формируют всего пять фундаментальных сил. Масштаб действия каждой силы, зависит от радиуса её действия.
Что такое Сильное ядерное взаимодействие
Сильное ядерное взаимодействие действует в масштабах порядка размера атомного ядра (10 в -10 м.), отвечая за связь между частицами которые формируют ядра атомов (кварки, протоны, нейтроны).
Сильное ядерное взаимодействие на самых близких расстояниях всегда превосходит все прочие силы.
В указанных масштабах его можно считать самым сильным.
Что такое Электромагнитное взаимодействие
Электромагнитная сила действует между частицами, обладающими электрическим зарядом. Эта сила, в том числе связывает атомы в молекулы и порождает электрический ток.
Электромагнитное взаимодействие действуют в макромире, то есть в мире от размеров Земли до расстояний порядка атомных. В конечном счете электромагнитная сила определяют все свойства окружающих нас тел и явлений в Природе.
Электромагнетизм занимает промежуточное положение по силе между сильным и слабым взаимодействиями.
Что такое Слабое ядерное взаимодействие
Слабое ядерное взаимодействие отвечает за радиоактивный распад и за превращение тяжелых элементарных частиц в легкие. Оно действует на расстояниях, значительно меньших размера атомного ядра (2 на 10 -18 м).
Эта сила называется слабой, ибо два других взаимодействия, значимых для ядерной физики и физики высоких энергий (сильное и электромагнитное), характеризуются намного большей интенсивностью. Однако оно значительно сильнее четвёртого из фундаментальных взаимодействий, гравитационного.
Что такое Гравитация?
Гравитация или тяготение проявляется в основном в астрономических и космологических масштабах. Эта сила удерживает вместе Землю, Солнечную систему, звезды, галактики и галактические сверхскопления.
И как парадокс — тяготение действует и на расстояниях настолько ничтожных, что атомное ядро по сравнению с ними — все равно, что Галактика по сравнению с пылинкой. На таких ничтожных расстояниях (порядка 10 -35 м.) сама геометрия нашего мира вибрирует и непрерывно меняется.
Но геометрия мира, его пространственно-временная кривизна — это и есть гравитация.
Что такое Темная энергия?
В масштабах галактических кластеров в дело вступает пятая сила — загадочная темная энергия.
В космических масштабах даже малого количества энергии (меньше джоуля на кубический км.), уже достаточно, чтобы преодолеть силу тяготения между огромными галактиками.
В результате мы имеем — ускоренное расширение Вселенной, когда галактики и их сверхскопления со временем все дальше и все быстрее удаляются друг от друга.
Существует две гипотезы объясняющие сущность тёмной энергии:
А). тёмная энергия есть космологическая константа (неизменная энергетическая плотность), равномерно заполняющая пространство Вселенной (другими словами, постулируется ненулевая энергия и давление вакуума);
Б). тёмная энергия есть некая квинтэссенция (динамическое поле), энергетическая плотность которого может меняться в пространстве и времени.
К настоящему времени (2017 год) все известные наблюдательные данные не противоречат первой гипотезе, так что она принимается в космологии как стандартная.
Окончательный выбор между двумя гипотезами требует высокоточных измерений скорости расширения Вселенной, чтобы понять, как эта скорость изменяется со временем.
Темпы расширения Вселенной описываются космологическим уравнением состояния. Разрешение уравнения состояния для тёмной энергии является одной из самых насущных задач современной наблюдательной космологии.
Согласно опубликованным в марте 2013 года данным наблюдений космической обсерватории «Планк», общая масса-энергия наблюдаемой Вселенной на 95,1% состоит из тёмной энергии (68,3%) и тёмной материи (26,8%).
Так что же сильнее?
В самых маленьких масштабах побеждает сильное ядерное взаимодействие.
В макромире господствуют электромагнитные силы.
В масштабах галактических структур сильнее — гравитация.
В масштабе Вселенной первенствует загадочная темная энергия.
В абсолютных значениях темная энергия — это самая слабая сила. Более 5 миллиардов лет из жизни Вселенной ушло только на то, чтобы проявились первые признаки ее воздействия. Человечество открыло темную энергию лишь в 1998 году. Однако в конечном итоге (через миллиарды лет) окажется, что только темная энергия останется той единственной силой, которая будет иметь значение во Вселенной.
Гипотезы о судьбе Вселенной
Если расширение Вселенной будет продолжаться вечно, то галактики вне нашего Сверхскопления рано или поздно выйдут за горизонт событий и станут для нас невидимыми, ибо их относительная скорость превысит скорость света.
Это не нарушение теории относительности, так как невозможно определить относительную скорость в искривлённом пространстве-времени. Относительная скорость имеет смысл только в плоском пространстве-времени.
Любая форма коммуникации за горизонтом событий невозможна и всякий контакт между объектами теряется. Земля, Солнечная система, Млечный Путь и наше Сверхскопление будут видны друг другу и достижимы, в то время как вся остальная Вселенная исчезнет вдали. Со временем наше Сверхскопление придёт в состояние тепловой смерти.
Существуют еще более экзотические гипотезы о будущем мира. Одна из гипотез предполагает, что расширяющая сила тёмной энергии будет неограниченно увеличиваться, пока не превзойдёт все остальные силы природы.
В итоге, тёмная энергия разорвёт все гравитационные связи во Вселенной, затем превысит силы электростатических и внутриядерных взаимодействий, разрушит атомные ядра и убьет мир в Большом Взрыве.
С другой стороны, тёмная энергия может со временем ослабнуть или даже сменить отталкивающее действие на притягивающее. В итоге гравитация возобладает и что приведёт мир Большому Коллапсу.
Другие гипотезы предполагают циклическую модель мира. Хотя эти гипотезы не подтверждаются наблюдениями, но они и не отвергаются полностью. Решающую роль в судьбе Вселенной (живущей по теории Большого Взрыва) должны сыграть точные измерения темпа ускорения.
Источник
Топ 3 объектов во Вселенной, настолько больших и мощных, что это невозможно себе представить
Существует популярное мнение, что Вселенная бесконечна.
В огромной Вселенной происходит невероятное количество явлений, которым легко дать название, но которые практически невозможно себе представить.
Многие явления попросту опровергают любые законы физики, и о некоторых из них дальше и будет идти речь.
1.Сверхмассивная черная дыра.
Сегодня крайне мало людей не слышали о таком термине, как «черная дыра». Если говорить проще, то чёрная дыра представляет собой область пространства-времени с невероятным гравитационным притяжением. Притяжение черной дыры настолько велико, что из неё не могут выбраться даже объекты, которые движутся со скоростью света.
Сверхмассивная черная дыра может иметь массу равную от 1 миллиона до 10 миллионов масс нашего Солнца, а масса Солнца, для сравнения, превышает массу Земли в 333 000 раз.
Пока было обнаружено несколько подобных чёрных дыр. Одна из них называется Стрелец А и расположена она в центре нашей галактики Млечный Путь. Её масса равна 3,7 млн масс Солнца, а радиус не превышает 6,25 световых часов (карликовая планета Плутон, для сравнения, находится на расстоянии 5,51 светового часа от нашего Солнца.
2. Звезда-гигант.
Наше Солнце может похвастаться невероятными размерами, однако если сравнивать его с другими звездами, то по шкале размеров и яркости, оно находится где-то посередине.
Примерно в 9 500 световых лет от нас расположена самая крупная и самая яркая из всех известных на данный момент нам звезд — UY Щита. Эта звезда является ярким красным гипергигантом.
Ученые считают, что:
* Радиус UY Щита в 1 708 раз превышает радиус Солнца
* Диаметр UY Щита равен 2,4 миллиарда км (наш мозг просто не способен представить себе такие масштабы).
* Объём UY Щита в 5 миллиардов раз превышает объём нашего Солнца.
* Яркость UY Щита в 340 000 превышает яркость Солнца.
Что будет, если рядом с нами появиться UY Щита
3. Магнетар.
Магнетар является нейтронной звездой, обладающей самым сильным магнитным полем во Вселенной. Подобная звезда возникает в результате формирования сверхновой звезды.
Магнетар может существовать около 1 миллиона лет. На сегодняшний день ученые знают о существовании 11 магнетаров.
На данный момент магнетары — это малоизученный тип нейтронных звёзд. Дело в том, что большинство из них находится достаточно далеко от Земли. Диаметр магнетара варьирует от 10 до 30 км, однако его масса превышает массу нашего Солнца.
Эта звезда настолько сжата, что если бы она была размером с горошину, то весила бы более 100 миллионов тонн.
Ту энергию, которую магнетар выбрасывает во время обычной вспышки (а длится такая вспышка несколько секунд) можно сравнить с количеством энергии, которую вырабатывает наше Солнце в течение целого года.
Выброс гамма-лучей, которые дошли до нашей Солнечной системы
Есть предположение, что сумасшедшие выбросы энергии магнетаров являются результатом «звездотрясений» – процесс, в результате которого разрывается кора нейтронной звезды, после чего из недр звезды выбрасывается сильный поток протонов. Магнитное поле завладевает этими протонами и начинается излучение, которое можно увидеть на гамма- и рентгеновских снимках.
Источник
Все за сегодня
Политика
Экономика
Наука
Война и ВПК
Общество
ИноБлоги
Подкасты
Мультимедиа
Наука
Спросите у Этана: Какая самая мощная сила во Вселенной?
Если вести речь о фундаментальных законах природы, то все можно разбить на четыре силы, находящиеся в основе всего сущего во Вселенной:
1. Сильное ядерное взаимодействие. Это сила, отвечающая за взаимное притяжение атомных ядер, протонов и нейтронов.
2. Слабое ядерное взаимодействие. Отвечает за некоторые виды радиоактивного распада и за превращение тяжелых нестабильных элементарных частиц в более легкие.
3. Электромагнитная сила. Эта сила, среди прочего, притягивает и отталкивает заряженные частицы, связывает атомы в молекулы и вызывает электрический ток.
4. Гравитация. Эта сила удерживает вместе Землю, Солнечную систему, звезды и галактики.
В зависимости от нашего взгляда на них у каждой силы есть определенный масштаб и обстоятельства, при которых она превосходит остальные.
Возьмем самый маленький масштаб — 10 метров в минус 16-й степени, что в миллион раз меньше размера атома. В таком масштабе сильное ядерное взаимодействие может превзойти все прочие силы. Посмотрим, например, на ядро гелия: два протона и два нейтрона, связанные вместе в устойчивой конфигурации. Даже электромагнитного отталкивания между двумя протонами недостаточно, чтобы преодолеть сильное ядерное взаимодействие, которое подобно клею скрепляет ядро. Даже если убрать один нейтрон, оставив два протона и один нейтрон, полученный изотоп гелия все равно будет стабилен. Сильное ядерное взаимодействие на самом малом расстоянии неизменно превосходит все прочие силы. Поэтому при многих обстоятельствах его можно считать самым сильным.
Но попытайтесь сделать атомное ядро слишком большим, и электромагнитная сила возьмет верх. Например, ядро гелия начнет очень часто выбрасывать уран-238, так как отталкивающая сила между различными частями ядра слишком велика, и сильное ядерное взаимодействие не может удержать все вместе. А если мы возьмем масштаб побольше, например, космический, то здесь интенсивные магнитные поля, порождаемые коллапсирующими звездами и быстро вращающейся заряженной материей, могут ускорять частицы до самой большой энергии во Вселенной, в результате чего получаются космические лучи сверхвысокой энергии, бомбардирующие нас в небе со всех направлений. В отличие от сильного ядерного взаимодействия, у электромагнитной силы нет пределов; электрическое поле протона можно ощутить на противоположной стороне Вселенной.
Слабое ядерное взаимодействие может показаться наименее вероятным кандидатом на первенство по мощи, особенно если обратить внимание на его название; но даже у этого относительного слабака случаются моменты славы. При соответствующих условиях электромагнитная сила (из-за которой одноименно заряженные частицы отталкиваются) и сильное ядерное взаимодействие (обеспечивающее связь ядер) могут уравновешивать друг друга, благодаря чему действующее на очень малом расстоянии слабое ядерное взаимодействие начинает обретать большое значение. Усиливаясь, оно меняет устойчивость системы и может вызвать радиоактивный бета-распад, когда нейтрон превращается в протон, электрон и нейтрино (анти-электрон). Свободные нейтроны, многие тяжелые элементы и даже нестабильный изотоп тритий, находящийся в тяжелой (тритиевой) воде — все это демонстрирует силу слабого ядерного взаимодействия.
Контекст
Какой была вселенная в момент рождения?
Темная сторона Вселенной
Der Tagesspiegel 26.11.2015
Но в самых больших масштабах — в масштабах галактик, галактических скоплений и так далее — все вышеуказанные силы не имеют особого значения. Даже электромагнетизм, по дальности действующий во всей Вселенной, и тот не оказывает большого воздействия, так как количество положительно заряженных частиц (в основном протонов) и количество отрицательно заряженных частиц (в основном электронов) равно друг другу. Даже экспериментально мы можем установить, что разница зарядов во Вселенной составляет менее единицы на 10 в минус 34-й степени. Вселенная говорит нам, что хотя электромагнетизм может быть намного сильнее, чем сила притяжения между двумя частицами, если мы сможем собрать вместе достаточное количество в целом электрически нейтральных частиц (или близко к этому), то гравитация будет единственной силой, которая имеет значение. Ядерный синтез и связанное с ним давление радиации не могут разорвать звезды на куски, поскольку их гравитационная сила притяжения превышает энергию разрыва.
Скопления галактик и огромные структуры могут простираться на миллиарды световых лет по всей Вселенной. Тем не менее, если поискать структуры размером 8, 10 или 15 миллиардов световых лет, во всем космосе мы найдем абсолютный ноль. Причина здесь весьма озадачивающая. Это не те силы, о которых мы говорили выше, а совершенно неожиданное явление, которое называется темной энергией.
В самых больших масштабах крошечного количества энергии, присущей космосу (это менее джоуля энергии на кубический километр пространства), достаточно, чтобы преодолеть силу притяжения даже между самыми большими галактиками и их скоплениями во Вселенной. Каков результат? Ускоренное расширение, поскольку самые удаленные галактики и их скопления с течением времени расходятся все дальше друг от друга и все быстрее. В самых больших космических масштабах даже гравитация не может взять верх.
Так что же сильнее? В самом маленьком масштабе это сильное ядерное взаимодействие. Если говорить о высочайших энергиях, это электромагнитная сила. В самых крупных взаимосвязанных структурах — гравитация. А в самом большом из всех масштабов это загадочная темная энергия. В абсолютном значении темная энергия самая слабая: у Вселенной почти половина жизни ушла на то, чтобы только начать показывать ее воздействие. А человечество обнаружило ее только в 1998 году. Но Вселенная — она очень большая, и если сложить весь объем пространства и заглянуть в далекое будущее, темная энергия в итоге окажется единственной силой, имеющей значение.
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
Источник