القوة الأساسية

القوة الأساسية ، وتسمى أيضا التفاعل الأساسي ، في الفيزياء ، أي من القوى الأساسية الأربعة - الجاذبية ، والكهرومغناطيسية ، والقوية ، والضعيفة - التي تتحكم في كيفية تفاعل الأشياء أو الجسيمات وكيفية تحلل جسيمات معينة. يمكن إرجاع جميع قوى الطبيعة المعروفة إلى هذه القوى الأساسية. يتم تمييز القوى الأساسية على أساس المعايير الأربعة التالية: أنواع الجسيمات التي تتعرض للقوة ، والقوة النسبية للقوة ، والمدى الذي تكون فيه القوة فعالة ، وطبيعة الجسيمات التي تتوسط القوة.

تم التعرف على الجاذبية والكهرومغناطيسية قبل وقت طويل من اكتشاف القوى القوية والضعيفة لأن تأثيرها على الأشياء العادية يمكن ملاحظته بسهولة. قوة الجاذبية ، التي وصفها إسحاق نيوتن بشكل منهجي في القرن السابع عشر ، تعمل بين جميع الأجسام ذات الكتلة ؛ يتسبب في سقوط التفاح من الأشجار ويحدد مدارات الكواكب حول الشمس. القوة الكهرومغناطيسية ، التي أعطيت تعريفًا علميًا من قبل جيمس كليرك ماكسويل في القرن التاسع عشر ، هي المسؤولة عن تنافر المتشابهات وجاذبية العكس. الشحنات الكهربائية ؛ كما يشرح السلوك الكيميائي للمادة وخصائص الضوء. اكتشف الفيزيائيون القوى القوية والضعيفة في القرن العشرين عندما بحثوا أخيرًا في لب الذرة. تعمل القوة القوية بين جسيمات دون الذرية ، ال الناخبين لجميع الجسيمات دون الذرية ، بما في ذلك البروتونات و النيوترونات . تربط التأثيرات المتبقية للقوة الشديدة البروتونات والنيوترونات في النواة الذرية معًا على الرغم من التنافر الشديد للبروتونات الموجبة الشحنة لبعضها البعض. القوة الضعيفة مانيفيس نفسها في أشكال معينة من الاضمحلال الإشعاعي وفي التفاعلات النووية التي تغذي الشمس والنجوم الأخرى. الإلكترونات من بين الجسيمات دون الذرية الأولية التي تعاني من القوة الضعيفة ولكن ليس القوة الشديدة.

من أين نشأ مفهوم المواطنة

غالبًا ما يتم وصف القوى الأربع وفقًا لقوتها النسبية. تعتبر القوة القوية أقوى قوة في الطبيعة. وتتبعه بترتيب تنازلي القوى الكهرومغناطيسية والضعيفة والجاذبية. على الرغم من قوتها ، فإن القوة القوية لا تفعل ذلك يظهر نفسها في العيانية كون بسبب نطاقه المحدود للغاية. وهي محصورة في مسافة تشغيل تبلغ حوالي 10⁻¹⁵متر - حوالي قطر البروتون. عندما يمر جسيمان حساسان للقوة الشديدة داخل هذه المسافة ، فإن احتمال تفاعلهما يكون مرتفعًا. نطاق القوة الضعيفة أقصر. يجب أن تمر الجسيمات المتأثرة بهذه القوة في غضون 10⁻¹⁷مترًا من بعضهم البعض للتفاعل ، واحتمال قيامهم بذلك يكون منخفضًا حتى على تلك المسافة ما لم يكن للجسيمات طاقات عالية. على النقيض من ذلك ، تعمل قوى الجاذبية والكهرومغناطيسية عند مستوى لانهائي نطاق. وهذا يعني أن الجاذبية تعمل بين جميع كائنات الكون ، بغض النظر عن المسافة بينها ، والموجة الكهرومغناطيسية ، مثل الضوء القادم من نجم بعيد ، تنتقل بلا تناقص عبر الفضاء حتى تصادف بعض الجسيمات القادرة على امتصاصها.

سعى الفيزيائيون لسنوات لإظهار أن القوى الأساسية الأربع مختلفة ببساطة مظاهرات من نفس القوة الأساسية. أنجح محاولة لتحقيق مثل هذا التوحيد هي النظرية الكهروضعيفة التي اقترحها في أواخر الستينيات ستيفن واينبرغ وعبد السلام وشيلدون لي جلاشو. هذه النظرية ، التي تضم الديناميكا الكهربية الكمومية (نظرية المجال الكمومي للكهرومغناطيسية) ، تعامل القوى الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة على أنها جانبان من القوة الكهروضعيفة الأساسية التي تنتقل عن طريق أربعة جسيمات حاملة ، تسمى بوزونات القياس. أحد هذه الجسيمات الحاملة هو الفوتون الكهرومغناطيسي ، في حين أن الثلاثة الآخرين هم W المشحون كهربائيًا⁺و^-الجسيمات و Z المحايدة⁰الجسيم - ترتبط بالقوة الضعيفة. على عكس الفوتون ، فإن هذه البوزونات ذات المقاييس الضعيفة ضخمة ، وكتلة هذه الجسيمات الحاملة هي التي تحد بشدة من النطاق الفعال للقوة الضعيفة.

ما معنى الفصح

في سبعينيات القرن الماضي ، صاغ المحققون نظرية للقوة القوية مشابهة في هيكلها الكم الديناميكا الكهربائية. وفقًا لهذه النظرية ، المعروفة باسم الديناميكا اللونية الكمومية ، تنتقل القوة الشديدة بين الكواركات عن طريق بوزونات قياس تسمى الغلوونات. مثل الفوتونات ، الغلوونات عديمة الكتلة وتنتقل بسرعة الضوء. لكنها تختلف عن الفوتونات في جانب واحد مهم: إنها تحمل ما يسمى شحنة اللون ، خاصية مماثل ل شحنة كهربائية . تستطيع الغلوونات التفاعل معًا بسبب الشحن اللوني ، والذي يحد في نفس الوقت من نطاقها الفعال.

يسعى المحققون إلى ابتكار شاملة النظريات التي ستوحد جميع القوى الأساسية الأربعة للطبيعة. حتى الآن ، ومع ذلك ، لا تزال الجاذبية أبعد من محاولات نظريات المجال الموحد.

ال تيار يتجسد الوصف المادي للقوى الأساسية في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، والذي يحدد خصائص جميع الجسيمات الأساسية وقوىها. تم دمج التمثيلات الرسومية لتأثير القوى الأساسية على سلوك الجسيمات دون الذرية الأولية مخططات فاينمان .