Kosmiczny klej

Kosmiczny klej

Pewien młody astronom jej królewskiej mości
Wyciągnął raz pierwiastek z nieskończoności
Niestety długi zer szereg
Przyprawił go o ból nerek
Rzucił matmę by zgłębić zagadkę boskości
”.
Georg Gamow fizyk jądrowy i kosmolog amerykański pochodzenia rosyjskiego.

 

Stoimy  nie raz pełni podziwu dla różnorodności naszego świata obserwując wspaniałe krajobrazy górskie, grę kolorów jesieni na drzewach, potęgę żywiołów podczas burzy, czy też wspaniałe okazy roślin i zwierząt na naszej planecie. Patrząc w nocy na rozgwieżdżone niebo, widzimy miliardy gwiazd, planety i księżyc oświetlający nocą Ziemię. W dzień podziwiamy i cieszymy  się z obecności naszego Słońca, które rozświetla i ogrzewa nas i wszelkie organizmy ziemskie. Tylko nieliczni  a najczęściej dzieci nieskażone jeszcze cywilizacją zadają sobie w takich chwilach pytania: Co to za siła lub siły utrzymują te wszystkie wspaniałe i niezwykłe dzieła Matki  Natury w całości? Dlaczego to wszystko trwa, nie rozsypuje się w pył i nie odlatuje w otchłań kosmosu? Jaki klej to wszystko skleja, że Słońce nie wybucha, my spokojnie chodzimy po Ziemi i nie odfruwamy, nasze nerki i wątroba nie odrywają się od nas i nie odlatują w siną dal? Radio gra, telewizor wyświetla ruchome obrazy, Internet działa, świecą żarówki, działają telefony komórkowe, jak to jest możliwe?

Naukowcy już od ponad 2000 lat zastanawiali się nad tymi pytaniami i po latach żmudnych badań stwierdzili, że za te wszystkie wspaniałości świata materialnego, które doświadczamy dzięki naszym zmysłom odpowiadają tylko cztery siły działające w całym naszym znanym Wszechświecie. Powstały w momencie Wielkiego Wybuchu przed 13,7 mld lat, działają do dzisiaj i będą działać jeszcze długo nawet gdy nas już nie będzie. Wiliam Szekspir w sztuce „Jak nam się podoba” pięknie to zapisał: „Cały świat to scena a ludzie na nim to tylko aktorzy. Każdy z nich wchodzi na scenę i znika”.

  1. Pierwszą z tych sił odkrył genialny naukowiec Izaak Newton i opisał prawem powszechnego ciążenia - to grawitacja. Utrzymuje w całości wszystkie obiekty kosmiczne od najmniejszych bryłek materii po olbrzymie galaktyki. Działa tylko w jedną stronę - przyciąga materię. Gdyby wyłączyć grawitację Słońce by wybuchło, Ziemia rozsypałaby się w pył,  gwiazdy w galaktykach rozpierzchły by się po Wszechświecie  a my zostalibyśmy wystrzeleni  w kosmos z prędkością tysięcy km/godz. Jest to najsłabsze znane oddziaływanie, ale też działa na wielkie odległości. Ma ona znaczenie przy oddziaływaniu ciał o bardzo dużych masach. Oddziaływanie grawitacyjne jest skutkiem zakrzywienia czasoprzestrzeni przez różne formy materii. Pomijamy ją przy oddziaływaniach cząstek elementarnych. Przypuszcza się, że oddziaływanie to przenoszone jest za pomocą kwantu pola grawitacyjnego, jednak jeszcze takiego pola nie wykryto. Hipotetyczną cząstką przenoszącą oddziaływanie grawitacyjne jest grawiton.
  1. Druga siła to elektromagnetyzm – dzięki niej świecą światła, gra telewizor, działają telefony i Internet. Odpowiada ona za siły działające między naładowanymi cząstkami - ładunkami dodatnimi i ujemnymi. Jednoimienne się odpychają, różnoimienne przyciągają. Oddziaływanie to odpowiedzialne jest za siły kontrolujące strukturę atomową, reakcje chemiczne i wszystkie zjawiska elektromagnetyczne. Dawniej  siły magnetyczne i elektromagnetyczne traktowano oddzielnie. Dopiero w XIX wieku James Clerk Maxwell stworzył układ równań elektromagnetycznych. Okazało się, że zarówno elektryczność jak i magnetyzm to różne przejawy tej samej siły. Oddziaływanie elektromagnetyczne przenosi foton czyli kwant promieniowania elektromagnetycznego. Jest to cząstka poruszająca się z prędkością światła, mająca masę spoczynkową równą zero.
  2. Słabe oddziaływanie jądrowe – siła ta pozwala na rozpad jądra atomowego, tak zwany rozpad radioaktywny. Siła ta powoduje, że jądro Ziemi jest gorące napędzając energię wulkanów. Oddziaływanie to oparte jest na wzajemnych reakcjach elektronów i  neutrin (nieuchwytnych cząstek pozbawionych masy). W wyniku tych reakcji następuje wymiana cząstek zwanych wuonami i zetonami. Są one około 1010 słabsze od oddziaływania elektromagnetycznego i działają na bardzo małe odległości rzędu 10-18m. W oddziaływaniach słabych uczestniczą wszystkie cząstki z wyjątkiem fotonu. Model Standardowy zakłada istnienie pewnego kwantowego pola zwanego polem Higgsa, którego kwantem jest bozon Higgsa, zwany czasami „boską cząstką”. Pole to powinno przenikać cały Wszechświat. Cząstka Higgsa powinna mieć bardzo dużą masę, ponad 300 tysięcy razy większą od masy elektronu i dlatego bardzo trudno ją zaobserwować lub otrzymać. W akceleratorze LHC uruchomionym w 2008 roku w ośrodku badawczym Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN) pod Genewą ogłoszono wyniki obserwacji, które prawie na pewno zawierają informacje o pojawieniu się cząstki Higgsa.
  3. Silne oddziaływanie jądrowe – utrzymuje jądro atomu w całości. Bez niego nie byłoby atomów a w konsekwencji znanego nam świata. To oddziaływanie odpowiada za istnienie około 100 pierwiastków istniejących w naszym wszechświecie. Dzięki działaniu sił jądrowych gwiazdy emitują światło zgodnie z równaniem E = mc2.  Jest około 100 razy silniejsze od oddziaływania elektromagnetycznego stąd jego nazwa. Działa tylko na niewielkie odległości rzędu 10-15m między kwarkami (cząstki z których zbudowane są protony i neutrony). Cząstki przenoszące oddziaływanie silne nazywamy gluonami (ang. glue - klej). Oddziaływanie silne odpowiedzialne więc jest za siłę działającą między nukleonami, która powoduje ogromną trwałość jądra atomowego.
  4. Na Węgrzech w 2016 roku prawdopodobnie odkryto piątą siłę natury.  Nieznana wcześniej cząstka, którą zaobserwowali naukowcy węgierscy, może przenosić oddziaływania między materią widzialną i ciemną materią. Na razie o ciemnej materii wiadomo niewiele, chociaż obliczono, że stanowi ona ponad 25 % masy Wszechświata. Laboratoria na całym świecie testują teraz czy to rzeczywiście nowa cząstka czy tylko błąd pomiarowy. Wkrótce się o tym dowiemy.

 Einstein powiedział pewnego razu, że „najbardziej niepojętą cechą Wszechświata jest fakt, iż można go pojąć”. Coraz częściej dochodzimy do wniosku, że Wszechświat wcale nie został stworzony dla nas.

MW

Źródła:

Michio Kaku  - Wszechświaty równoległe. W-wa 2010

Michio Kaku – Hiperprzestrzeń. W-wa 2012

https://pl.wikipedia.org/wiki/Oddzia%C5%82ywanie_s%C5%82abe

https://pl.wikipedia.org/wiki/Oddzia%C5%82ywania_podstawowe

http://www.edunauka.pl/fizsily.php

http://www.kopernik.org.pl/bazawiedzy/artykuly/fund-fizykisilne-oddzialywanie-jadrowe-silne/

http://fizyka.net.pl/startowa/startowa.html

http://www.if.pw.edu.pl/~antonowi/F2_w13.pdf

www.naukawpolsce.pap.pl

 

 

 

 

Dodatkowe informacje