Vad Är Den Starkaste Kraften I Universum?

När det gäller naturens grundläggande lagar kan vi bryta ner allt i fyra krafter som är kärnan i allt i universum:

1. den starka kärnkraften: kraften som är ansvarig för att hålla atomkärnor och enskilda protoner och neutroner tillsammans.
2. den elektromagnetiska kraften: kraften som lockar och stöter bort laddade partiklar, binder samman atomer till molekyler och liv och orsakar bland annat elektrisk ström.
3. den svaga kärnkraften: kraften som är ansvarig för vissa typer av radioaktivt förfall och transmutation av tunga, instabila grundpartiklar till lättare.
4. och gravitation: kraften som binder jorden, solsystemet och stjärnorna och galaxerna tillsammans.

beroende på hur du ser på det har varje kraft en skala och en omständighet under vilken den lyser över alla andra.

gå ner till de minsta skalorna-10^-16 meter, eller en miljon gånger mindre än en atom-och den starka kärnkraften kan övervinna alla andra. Ta till exempel heliumkärnan: två protoner och två neutroner, bundna ihop i en stabil konfiguration. Även den elektromagnetiska avstängningen mellan de två protonerna räcker inte för att övervinna den limliknande starka kraften som håller kärnan ihop. Även om du tar bort en neutron, lämnar dig med två protoner och bara en neutron, den isotopen av helium är också stabil. Den starka kraften, på de minsta avstånden, kommer konsekvent att övervinna alla andra, och kan därför under många omständigheter betraktas som den starkaste.

men försök att bygga din atomkärna för stor och den elektromagnetiska kraften tar över. Uran-238 kommer till exempel att spotta ut en heliumkärna så ofta, eftersom avstängningen mellan de olika delarna av kärnan är för stor för att den starka kraften ska hålla allt ihop. På större kosmiska skalor är det de intensiva magnetfält som genereras av kollapsade stjärnor och snabbt roterande, laddad materia som kan accelerera partiklar till de största energierna i universum: de ultrahöga energikosmiska strålarna som bombarderar oss från alla håll på himlen. Till skillnad från den starka kraften finns det ingen gräns för den elektromagnetiska kraftens räckvidd; en proton elektriska fält kan kännas från andra sidan universum.

den svaga kärnkraften kan tyckas vara den högsta kandidaten för den starkaste kraften, med tanke på dess namn, men även denna relativa svaghet har sina ögonblick att lysa. Under de rätta förhållandena kan den elektromagnetiska kraften (som arbetar för att avvisa likladdade komponenter) och den starka kärnkraften (som arbetar för att binda kärnor ihop) avbryta varandra, vilket gör att den svaga kraften med mycket kort räckvidd kan stiga till framträdande. När det gör det kan det göra hela skillnaden för stabiliteten i ett system, eftersom det kan orsaka radioaktivt (beta) förfall, där en neutron förvandlas till en proton, elektron och en antielektronneutrino. Fria neutroner, många tunga element och till och med Tritium, den instabila isotopen som finns i radioaktivt (tritierat) vatten, alla belyser kraften hos den svaga kraften.

men på de största skalorna – på galaxernas skala, galaxkluster och mer – spelar ingen av ovanstående krafter så mycket Roll. Även elektromagnetism, vars intervall kan sträcka sig över universum, har inte mycket effekt, eftersom antalet positiva laddningar (mestadels protoner) och antalet negativa laddningar (mestadels elektroner) verkar vara exakt lika. Även observationellt kan vi begränsa laddningsskillnaden i universum till att vara mindre än en del i 10^34. Universum berättar för oss att även om elektromagnetism kan vara mycket starkare än tyngdkraften mellan två partiklar, om du får tillräckligt med partiklar tillsammans som är totalt sett elektriskt neutrala (eller nära det), kommer gravitation att vara den enda kraften som betyder något. Kärnfusion och det tillhörande strålningstrycket kan inte ens riva stjärnor ifrån varandra, eftersom deras gravitationella attraktiva kraft övervinner det energiska utåtgående trycket.

kluster av galaxer och enorma, stora strukturer kan hittas som spänner över mer än en miljard ljusår i storlek i hela universum. Och ändå, om du letar efter strukturer 8, 10 eller 15 miljarder ljusår över, hittar du absolut noll i hela kosmos. Anledningen till det, ganska förbryllande, beror inte på någon av de krafter vi har nämnt, utan snarare på ett fenomen helt oväntat: mörk energi.

på de största skalorna är den grundläggande, lilla mängden energi som är inneboende i rymden själv-mindre än en Joule energi per kubik kilometer utrymme-tillräckligt för att övervinna även gravitationsattraktionen mellan de mest massiva galaxerna och kluster i universum. Resultatet? En accelererad expansion, eftersom de mest avlägsna galaxerna och klusterna rör sig längre och längre bort från varandra i allt snabbare takt med tiden. På de största kosmiska skalorna får inte ens tyngdkraften sin väg.

så vem är den starkaste? På de minsta skalorna är det den starka kraften. För att nå de högsta energierna är det den elektromagnetiska kraften. För de största bundna strukturerna är det gravitation. Och på de största skalorna av allt är det det mystiska pusslet med mörk energi. När det gäller absolut storlek är mörk energi det svagaste av alla: det tog universum nästan hälften av sin ålder bara för att börja avslöja dess effekter, och det upptäcktes inte ens av mänskligheten förrän 1998. Men universum är en mycket stor plats, och när du lägger upp hela volymen av rymden och ser till den långa framtiden kommer mörk energi att vara den enda kraften som betyder något i slutändan.