Mikä On Maailmankaikkeuden Vahvin Voima?

luonnon peruslakien osalta voimme hajottaa kaiken neljäksi voimaksi, jotka ovat kaiken ytimessä maailmankaikkeudessa:

1. vahva ydinvoima: voima, joka pitää atomiytimet ja yksittäiset protonit ja neutronit koossa.
2. sähkömagneettinen voima: voima, joka vetää puoleensa ja hylkii varattuja hiukkasia, sitoo atomeja yhteen molekyyleiksi ja elämäksi ja aiheuttaa muun muassa sähkövirtaa.
3. heikko ydinvoima: voima, joka on vastuussa tietyntyyppisestä radioaktiivisesta hajoamisesta ja raskaiden, epävakaiden perushiukkasten transmutaatiosta kevyemmiksi.
4. ja painovoima: voima, joka sitoo maan, aurinkokunnan sekä tähdet ja galaksit yhteen.

riippuen siitä, miten sitä katsoo, jokaisella voimalla on asteikko ja olosuhde, jossa se loistaa ylitse muiden.

pienimmät asteikot — 10^-16 metriä eli miljoona kertaa atomia pienempi — ja vahva ydinvoima voi voittaa kaikki muut. Otetaan esimerkiksi heliumydin: kaksi protonia ja kaksi neutronia sitoutuivat toisiinsa vakaassa kokoonpanossa. Edes elektromagneettinen repulsio kahden protonin välillä ei riitä voittamaan liimamaista vahvaa voimaa, joka pitää ydintä koossa. Vaikka otettaisiin neutroni pois, jolloin jäljelle jäisi kaksi protonia ja vain yksi neutroni, myös heliumin isotooppi on vakaa. Väkevä voima, pienimmillä etäisyyksillä, voittaa johdonmukaisesti kaikki muut, ja siksi sitä voidaan monissa olosuhteissa pitää vahvimpana.

mutta yritä rakentaa atomiytimesi liian suureksi ja sähkömagneettinen voima ottaa vallan. Esimerkiksi uraani-238 sylkee heliumytimen aina silloin tällöin ulos, koska ytimen eri osien välinen vastenmielisyys on liian suuri, jotta vahva voima voisi pitää sitä kasassa. Suuremmilla, kosmisilla mittakaavoilla juuri romahtaneiden tähtien ja nopeasti pyörivän, varautuneen aineen synnyttämät voimakkaat magneettikentät voivat kiihdyttää hiukkasia universumin suurimmiksi energioiksi: äärimmäisen korkeaenergisiksi kosmisiksi säteilyiksi, jotka pommittavat meitä taivaan kaikista suunnista. Toisin kuin vahva voima, sähkömagneettisen voiman kantamalla ei ole rajaa; protonin Sähkökentän voi tuntea maailmankaikkeuden toiselta puolelta.

heikko ydinjoukko saattaa nimensä mukaisesti vaikuttaa äänekkäimmältä ehdokkaalta vahvimmaksi voimaksi, mutta tälläkin suhteellisella heikkoudella on hetkensä loistaa. Oikeissa olosuhteissa sähkömagneettinen voima (joka pyrkii torjumaan samanlaisia varautuneita komponentteja) ja vahva ydinvoima (joka pyrkii sitomaan ytimiä yhteen) voivat kumota toisensa, jolloin hyvin lyhyen kantaman heikko voima voi nousta näkyväksi. Tällöin sillä voi olla suuri merkitys systeemin vakaudelle, sillä se voi aiheuttaa radioaktiivista (beeta) hajoamista, jossa neutroni muuntuu protoniksi, elektroniksi ja antielektronineutriinoksi. Vapaat neutronit, monet raskaat alkuaineet ja jopa Tritium, radioaktiivisessa (tritioituneessa) vedessä oleva epävakaa isotooppi, kaikki korostavat heikon voiman voimaa.

mutta suurimmissa asteikoissa — galaksien, galaksijoukkojen ja muiden mittakaavassa — millään edellä mainituista voimista ei ole niin suurta merkitystä. Edes sähkömagnetismilla, jonka kantama voi ulottua kaikkeuden yli, ei ole paljoa vaikutusta, sillä positiivisten varausten (enimmäkseen protonien) ja negatiivisten varausten (enimmäkseen elektronien) määrä näyttää olevan täsmälleen yhtä suuri. Voimme jopa observationaalisesti rajoittaa kaikkeuden varauseron pienemmäksi kuin yhdeksi osaksi 10^34: ssä. Maailmankaikkeus kertoo meille, että vaikka sähkömagnetismi saattaa olla paljon voimakkaampaa kuin painovoima minkä tahansa kahden hiukkasen välillä, niin jos saat tarpeeksi hiukkasia yhteen, jotka ovat kaiken kaikkiaan sähköisesti neutraaleja (tai lähellä sitä), gravitaatio on ainoa voima, jolla on merkitystä. Ydinfuusio ja siihen liittyvä säteilypaine eivät voi edes repiä tähtiä kappaleiksi, koska niiden vetovoima voittaa energisen ulospäin suuntautuvan ponnistuksen.

Galaksijoukkoja ja suunnattomia, suuria rakennelmia löytyy koko maailmankaikkeudesta yli miljardin valovuoden kokoisina. Ja silti, jos etsit 8, 10 tai 15 miljardin valovuoden läpimittaisia rakenteita, löydät täydellisen nollan koko kosmoksesta. Syy siihen, melko hämmentävästi, ei johdu mistään mainitsemistamme voimista, vaan täysin odottamattomasta ilmiöstä: pimeästä energiasta.

suurimmilla asteikoilla itse avaruudelle ominainen perustavanlaatuinen, pieni energiamäärä-alle yksi Joule energiaa avaruuden kuutiokilometriä kohti-riittää voittamaan jopa maailmankaikkeuden massiivisimpien galaksien ja klustereiden välisen gravitaatiovoiman. Mikä oli tulos? Laajeneminen kiihtyy, kun kaukaisimmat galaksit ja tähtijoukot etääntyvät toisistaan yhä nopeammin ajan kuluessa. Suurimmilla kosmisilla mittakaavoilla edes painovoima ei saa tahtoaan läpi.

joten kuka on vahvin? PIENIMMÄLLÄ asteikolla se on vahva voima. Korkeimpien energioiden tavoittamiseen tarvitaan sähkömagneettista voimaa. Suurimmille sidotuille rakenteille se on painovoima. Kaikkein suurimmassa mittakaavassa se on pimeän energian arvoitus. Absoluuttisella magnitudilla mitattuna pimeä energia on kaikkein heikoin asia: kesti lähes puolet sen iästä, ennen kuin sen vaikutukset alkoivat paljastua.ihmiskunta löysi sen vasta vuonna 1998. Mutta maailmankaikkeus on hyvin suuri paikka, ja kun lasketaan yhteen koko avaruuden määrä ja katsotaan pitkälle tulevaisuuteen, pimeä energia on ainoa voima, jolla on lopulta merkitystä.