ما هي القوى الأربع الأساسية في الكون
ما هي القوة
هي ببساطة دفع أو شد في اتجاه معين ، وهي وصف كمي للتفاعل الذي يسبب تغييرًا في حركة الجسم ، قد يسرع الجسم أو يبطئ أو يغير اتجاهه استجابة لقوة ما ،بعبارة أخرى ، القوة هي أي فعل يميل إلى الحفاظ على حركة الجسم أو تغييرها أو تشويهها ، حيث يتم دفع الأشياء أو سحبها بواسطة القوى المؤثرة عليها وهي من
العوامل المؤثرة في طاقة الحركة
، وتنقسم الى قوى الاتصال وقوى عدم الاتصال؛
- تُعرَّف قوة الاتصال بأنها القوة التي تمارس عندما يتلامس جسمان ماديان بشكل مباشر مع بعضهما البعض ، يمكن للقوى الأخرى ، مثل الجاذبية والقوى الكهرومغناطيسية ، أن تمارس نفسها حتى عبر الفراغ في الفضاء.
- قوى عدم الاتصال: القوى التي تحدث عندما لا يتلامس جسمان ، يمكن تصنيف هذه القوى وفقًا لثلاثة أنواع: الجاذبية ، والكهربائية ، والمغناطيسية.[1]
أنواع القوى في الطبيعة
القوى الموجودة في الطبيعة هي القوى الأساسية (أو التفاعلات الأساسية) للفيزياء هي الطرق التي تتفاعل بها الجسيمات الفردية مع بعضها البعض ، حيث اتضح أن كل تفاعل لوحظ يحدث في الكون يمكن تقسيمه ووصفه من خلال أربعة أنواع فقط من التفاعلات:
- الجاذبية
- الكهرومغناطيسية
- تفاعل ضعيف (أو قوة نووية ضعيفة)
- تفاعل قوي (أو قوة نووية قوية)
القوى الأربع الأساسية في الكون
هناك أربع قوى أساسية تحكم تفاعلات الأنظمة الفيزيائية ، ويواصل العلماء اتباع نظرية موحدة لهذه القوى وتكون
القوى الاساسية في الفيزياء
كالاتي:
الجاذبية
من بين القوى الأساسية ، تمتلك الجاذبية أقصى مدى ، لكنها الأضعف في الحجم الفعلي ، إنها قوة جذابة بحتة تصل حتى عبر الخلاء “الفارغ” من الفضاء لجذب كتلتين تجاه بعضهما البعض ، إنها تحافظ على الكواكب في مدار حول الشمس والقمر في مدار حول الأرض.
يتم وصف الجاذبية في إطار نظرية النسبية العامة ، والتي تعرفها بأنها انحناء الزمكان حول جسم ذي كتلة ، هذا الانحناء ، بدوره ، يخلق موقفًا يكون فيه مسار أقل طاقة باتجاه الجسم الآخر للكتلة.
الكهرومغناطيسية
الكهرومغناطيسية هي تفاعل الجسيمات مع الشحنة الكهربائية ، تتفاعل الجسيمات المشحونة في حالة السكون من خلال القوى الكهروستاتيكية ، بينما تتفاعل أثناء الحركة من خلال القوى الكهربائية والمغناطيسية ، ولفترة طويلة ، كانت القوى الكهربائية والمغناطيسية تُعتبر قوى مختلفة ، لكن تم توحيدها أخيرًا بواسطة جيمس كلارك ماكسويل في عام 1864 ، بموجب معادلات ماكسويل ، وفي الأربعينيات من القرن الماضي ، عززت الديناميكا الكهربية الكمومية الكهرومغناطيسية مع فيزياء الكم.
ربما تكون الكهرومغناطيسية هي القوة الأكثر انتشارًا في عالمنا ، حيث يمكنها التأثير على الأشياء على مسافة معقولة وبقدر معقول من القوة.
تفاعل ضعيف
التفاعل الضعيف هو قوة جبارة جدا تعمل على نطاق النواة الذرية ، يسبب ظواهر مثل تسوس بيتا ، تم توحيده مع الكهرومغناطيسية كتفاعل فردي يسمى “التفاعل الكهروضعيف”.
تفاعل قوي
أقوى القوى هو التفاعل القوي المسمى على نحو مناسب ، وهو القوة التي من بين أمور أخرى ، تحافظ على ارتباط النيوكليونات (البروتونات والنيوترونات) ببعضها البعض ، في ذرة الهيليوم ، على سبيل المثال ، تكون قوية بما يكفي لربط بروتونين معًا على الرغم من أن شحناتهما الكهربائية الموجبة تجعلهما يتنافران.
في الجوهر ، يسمح التفاعل القوي لجسيمات تسمى الغلوونات بربط الكواركات معًا لتكوين النيوكليونات في المقام الأول ، ويمكن أن تتفاعل الغلوونات أيضًا مع الغلوونات الأخرى ، مما يعطي التفاعل القوي مسافة غير محدودة نظريًا ، على الرغم من أن مظاهره الرئيسية كلها على المستوى دون الذري.
توحيد القوى الأساسية
يعتقد العديد من الفيزيائيين أن جميع القوى الأساسية الأربعة هي ، في الواقع ، مظاهر لقوة أساسية واحدة (أو موحدة) ، ولكن لم يتم اكتشاف ذلك بعد ، مثلما تم توحيد الكهرباء والمغناطيسية والقوة الضعيفة في التفاعل الكهروضعيف ، فإنهم يعملون على توحيد جميع القوى الأساسية.
التفسير الميكانيكي الكمومي الحالي لهذه القوى هو أن الجسيمات لا تتفاعل بشكل مباشر ، ولكنها تظهر جسيمات افتراضية تتوسط في التفاعلات الفعلية ن تم دمج جميع القوى باستثناء الجاذبية في هذا “النموذج القياسي” للتفاعل.
يُطلق على الجهد المبذول لتوحيد الجاذبية مع القوى الأساسية الثلاثة الأخرى الجاذبية الكمية ، إنه يفترض وجود جسيم افتراضي يسمى الجرافيتون ، والذي سيكون العنصر الوسيط في تفاعلات الجاذبية ، حتى الآن ، لم يتم اكتشاف الجرافيتونات ، ولم تنجح أي نظريات حول الجاذبية الكمية أو تم تبنيها عالميًا.
لماذا الجاذبية هي أقوى القوى
في الواقع ، الجاذبية هي أضعف القوى الأساسية الأربعة ، والقوى مرتبة من الأقوى إلى الأضعف ، هي القوة النووية القوية ، القوة الكهرومغناطيسية ، القوة النووية الضعيفة ، الجاذبية.
إذا أخذت بروتونين وحملتهما بالقرب من بعضهما البعض ، فسوف يبذلان عدة قوى على بعضهما البعض ، ولأن كلاهما له كتلة ، فإن البروتونيين يمارسان جاذبية بعضهما البعض ، لأن كلاهما له شحنة كهربائية موجبة ، كلاهما يبذلان تنافرًا كهرومغناطيسيًا على بعضهما البعض ، أيضًا ، كلاهما له شحنة “ملونة” داخلية وبالتالي يمارسان الجاذبية عبر القوة النووية القوية ، نظرًا لأن القوة النووية القوية هي الأقوى على مسافات قصيرة ، فإنها تهيمن على القوى الأخرى ويصبح البروتونان مرتبطين ، مكونين نواة الهليوم (عادةً ما يلزم وجود نيوترون أيضًا للحفاظ على استقرار نواة الهليوم) ، الجاذبية ضعيفة جدًا على المستوى الذري بحيث يمكن للعلماء عادةً تجاهلها دون تكبد أخطاء كبيرة في حساباتهم.
ومع ذلك ، في المقاييس الفلكية ، تهيمن الجاذبية على القوى الأخرى ، وهناك سببان لهذا:
- الجاذبية لها مدى طويل
- لا يوجد شيء اسمه كتلة سالبة
بمعنى، تموت كل قوة عندما يصبح الجسمان اللذان يواجهان القوة أكثر انفصالًا ، والقوى النووية القوية والضعيفة قصيرة المدى للغاية ، مما يعني أنه خارج نوى الذرات الصغيرة ، تنخفض هذه القوى بسرعة إلى الصفر ، والحجم الصغير لنوى الذرات هو نتيجة مباشرة للمدى القصير للغاية للقوى النووية ، فجسيمان تفصل بينهما نانومتر بعيدان جدًا عن بعضهما البعض لممارسة قوة نووية ملحوظة على بعضهما البعض ، وإذا كانت القوى النووية ضعيفة جدًا بالنسبة لجسيمين لا يفصل بينهما سوى نانومتر ، فيجب أن يكون واضحًا أن القوى النووية أقل أهمية في المقاييس الفلكية.
على سبيل المثال ، الأرض والشمس بعيدان جدًا عن بعضهما البعض (مليارات الأمتار) لقواتهما النووية للوصول إلى بعضهما البعض ، وعلى عكس القوى النووية ، تتمتع كل من القوة الكهرومغناطيسية والجاذبية بمدى لانهائي فعال.[2]