Четыре фундаментальные взаимодействия

В этом видео я хочу рассказать кратко. о 4-х основополагающих силах во Вселенной. Начнём с гравитации. Гравитация. Вас может удивить, но гравитация — слабейшая из них. Это не очевидно, потому что именно она позволяет нам не упасть с поверхности планеты, она держит Луну на земной орбите, Землю — на орбите вокруг Солнца, а Солнце — на своём месте внутри Млечного пути. Так что вы можете удивиться, узнав, что она слабее всех остальных сил. Вы поймёте это лучше, когда начнёте думать в масштабах человеческого тела, в молекулярных или атомных масштабах. Даже в привычном для нас мире между монитором и вами есть гравитационное притяжение, но вы его не замечаете, как и притяжение между мобильником и бумажником, их не тянет друг к другу, как 2 магнита, которые заметно притягиваются или отталкиваются. Если мы уменьшим масштабы, то гравитация будет ещё менее заметна. Про неё не говорят в химии, хотя она действует. На таком расстоянии остальные силы доминируют. Так что гравитация — самая слабая. Пойдём дальше. Следующую силу сложнее всего представить, по крайней мере, для меня. Не знаю как для вас. Это слабое взаимодействие, оно создаёт радиоактивный распад. Итак, слабое взаимодействие, оно создаёт радиоактивный распад, а точнее — бета-минус и бета-плюс распады. Я дам пример слабого взаимодействия. Есть цезий 137 137 — означает, что в ядре есть 137 нуклонов. Нуклон — это протон или нейтрон. Сложите все протоны и нейтроны в ядре цезия — получится 137. И это цезий, потому что в ядре 55 протонов. Слабое взаимодействие может заставить 1 из нейтронов, а точнее, 1 кварк измениться, и превратить его в протон. Не будем сейчас о кварках, там сложная математика, я хотел привести пример слабого взаимодействия. Так что 1 нейтрон превращается в протон, и в ядре появляется дополнительный протон при том же количестве нуклонов. Итак, дополнительный протон, при том же количестве нуклонов. Теперь это другое вещество, это атом бария. При превращении кварка выделяется электрон и электронное антинейтрино Не будем вдаваться в подробности, это основные частицы. Вот что делает слабое взаимодействие. Не очень очевидная функция, не то, к чему мы привыкли, когда одно тянет к себе другое, как с другими взаимодействиями. Кстати, говоря о силе: чтобы вы представляли, насколько слаба гравитация даже по сравнению со слабым взаимодействием. Слабое взаимодействие в 10 в 25 степени раз сильнее гравитации. 10 в 25 степени! Вы подумаете: «Если оно настолько сильно, почему оно незаметно в масштабах планет, или нас и Земли, или на межгалактических расстояниях, как гравитация?» Причина в том, что слабое взаимодействие работает только на малых расстояниях. Оно намного сильнее гравитации, но существует только в межатомных масштабах. Увеличьте дистанцию — и слабое взаимодействие исчезнет. Следующая сила в списке, с которой мы давно знакомы, и которая отвечает за большинство химических процессов, — это электромагнитное взаимодействие. Оно в 10 в 36 степени раз сильнее гравитации. Итак, электромагнитное взаимодействие оно в 10 в 36 степени раз сильнее гравитации. Понятно, почему слабое взаимодействие так назвали, оно в 10 в 12 степени раз слабее электромагнетизма. Это огромные числа, и по отношению к слабому взаимодействию, и к гравитации. Вы можете сказать, что если электромагнетизм настолько силён, почему он не работает в больших масштабах, как гравитация? Давайте я запишу: почему не работает в макромире? На самом деле, электромагнетизм работает и в макромире, и на больших расстояниях. Только в реальном мире вы не найдёте нужной концентрации кулоновского заряда или магнетизма, как можно найти его для массы. Во Вселенной существуют огромные концентрации массы, и гравитация может работать на больших расстояниях, несмотря на то, что она намного слабее, чем электромагнетизм. Что происходит с электромагнитным взаимодействием? Из-за того, что заряды притягиваются и отталкиваются, они распределяются поровну, так что не существует значительных концентраций заряда. Также интересно, почему оно называется электромагнитным. В повседневной жизни существует закон Кулона и электростатика: одноимённые заряды отталкиваются, 2 положительных и 2 отрицательных, а разноимённые — притягиваются. Это закон Кулона, или электростатика. Теперь другая часть слова — магнетизм. Вы все играли с магнитами на холодильнике, одинаковые стороны магнитов будут отталкиваться, противоположные стороны, полюса — будут притягиваться. Так почему это одна сила, одно взаимодействие? Не буду вдаваться в детали, но выяснилось, что закон Кулона и то, что происходит с магнитами — это одно и то же, только выраженное в разных понятиях. Не будем сейчас об этом, просто помните, что они связаны. В следующих видео я расскажу, каким именно образом. Когда заряды движутся, это более...становится более очевидным. Более очевидным. Главное, запомните, что это одно взаимодействие, выраженное в разных терминах. Перейдём к сильнейшему, у него идеальное название: сильное взаимодействие. Запишем: сильное взаимодействие. И хотя на уроках химии об этом не рассказывают, к ним оно имеет самое прямое отношение. Вот картинка атома — я нарисую атом гелия. Атом гелия имеет 2 протона и 2 нейтрона. Итак, атом гелия, 2 протона и 2 нейтрона. а вокруг ядра летают 2 электрона. Надо было нарисовать электроны поменьше — конечно, я даже близко не соблюдаю масштабы — вот 2 летающих электрона. Когда вы впервые увидели атом, было понятно, почему электроны летают вокруг ядра: они отрицательно заряжены, а ядро заряжено положительно. Но совершенно непонятно, и не объясняется на уроках химии, почему 2 положительных заряда находятся так близко друг к другу! Если бы мы говорили только об электромагнетизме, протоны бы разбежались в разные стороны, они же отталкиваются. Единственная причина, по которой они остаются рядом — это существование более мощной силы, чем электромагнетизм, которая работает на маленьких расстояниях. Если расположить протоны достаточно близко, а эта сила работает только на очень малых дистанциях, субатомных, я бы даже сказал: в пределах атомного ядра, то появится сильное взаимодействие. Именно оно держит заряженные частицы вместе. Запомните ещё кое-что: оно в 10 в 38 степени раз сильнее гравитации, 10 в 38 степени. и примерно в 100 раз сильнее электромагнетизма. Причина, по которой мы не замечаем сильного взаимодействия, которое является самым мощным из фундаментальных сил, или слабого взаимодействия на больших расстояниях, в том, что их сила мгновенно убывает при увеличении дистанции. Даже в тяжёлых элементах с большими ядрами их влияние, особенно сильного взаимодействия, заметно меньше. Причина,почему мы не видим влияния электромагнетизма на больших расстояниях, даже если теоретически ему ничего не мешает, как и гравитации, в том, что не существует концентраций зарядов, сопоставимых с массами. Заряд стремится распределиться, уравняться. Если существуют большой положительный и отрицательный заряды, они притянутся, и получится большой нейтральный заряд, а после этого он не будет ни с чем взаимодействовать. Большой нейтральный заряд и после этого он ни с чем не будет взаимодействовать. С гравитацией по-другому: если есть 2 массы, они притянутся и получится ещё большая масса, которая начнёт в свою очередь сильнее притягивать другие массы. Самоподдерживающийся процесс, как снежный ком — именно поэтому гравитация может управлять громадными объектами в космосе, и во Вселенной.