وقال الموقع، في تقريره الذي ترجمته "عربي21"، إن كل شيء تقريبًا في الكون يمكن تفسيره ووصفه بالقوانين الفيزيائية. ومنذ العصور القديمة، كان يعتقد أن القوى الأساسية للكون هي الماء والنار والأرض والهواء. لكن مع تطور علم الفيزياء، تبيّن أن هذه العناصر ليست هي التي تحكم الطبيعة.
اظهار أخبار متعلقة
وكل ما يحدث في الكون يستجيب لإحدى هذه القوى، من انفجار نجم إلى شحن بطارية الهاتف من خلال التيار الكهربائي. وتتم هذه التفاعلات بين قوة الجاذبية والقوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية الضعيفة والشديدة. وفيما يلي تحليل لخصائص كل قوة لفهم الآثار المترتبة عنها وعن الجسيمات التي تعمل بها والعمليات الفيزيائية التي تحفزها.
ما هي القوة أو التفاعل الأساسي؟
لمصطلح "القوة" العديد من الدلالات، وقبل فهم ماهية القوة الأساسية نحتاج إلى التعرف على مفهوم القوة. في الفيزياء، تشكل القوة أي عامل لديه القدرة على تعديل الحالة التي يوجد فيها كيان مادي آخر وهذا يشمل التغييرات في الحركة، وتعديل الخصائص الكيميائية، ودرجة الحرارة وزيادة أو نقصان الطاقة ... وهذا يعني أي تفاعل يسمح لجسم معين بإعادة تشكيل الحالة (الفيزيائية أو الكيميائية) لجسم آخر.
اظهار أخبار متعلقة
وفي سعيهم لمعرفة القوة أو القوى التي سمحت بوجود جميع القوى الأخرى، بحث علماء الفيزياء عن قوى الطبيعة التي لا يمكن تفسيرها من منظور قوى أخرى. ولمعرفة أصلها، كان عليهم التركيز على أصغر الأجسام في الكون ألا وهي الجسيمات دون الذرية.
ما هي القوى الأساسية الأربعة للطبيعة؟
الجاذبية
أوضح الموقع أن الجاذبية هي القوة الأساسية الأكثر شهرة، لكنها تمثل لغزًا بالنسبة لعلماء الفيزياء لأنه لم يُعثر بعد على الجسيم المسؤول عنها. وفي حين أن القوى الأخرى ناتجة عن تفاعلات البوزونات، لا تستجيب الجاذبية لنظرية الجسيمات. فما الذي ينقل الجاذبية بين المجرات التي تفصل بينها آلاف السنين الضوئية؟ لماذا تجذب الأجسام ذات الكتلة بعضها البعض؟ وما الذي يولّد الجاذبية؟
تشير إحدى الفرضيات إلى اعتماد الجاذبية على جسيم يعرف باسم "الغرافيتون"، وهو جسيم دون ذري ليس له كتلة ولا شحنة كهربائية وينتقل عبر الفضاء بسرعة الضوء. لكن مفهوم الجاذبية واضح ومباشر، وهو ببساطة التجاذب الموجود بين جسمين لهما كتلة. ويمثل هذا التجاذب كابوس الفيزيائيين، لأن القوة نفسها سهلة الفهم.
اظهار أخبار متعلقة
تُحدد قوة الجاذبية من خلال كتلة جسمين والمسافة بينهما. ونحن أنفسنا لدينا كتلة تُولد مجال جاذبية من حولنا، لكن تأثيرها "تحجبه" جاذبية الأرض. ومن المعلوم أن قوة الجاذبية هي التي تحافظ على دوران الكواكب حول نجومها والأقمار حول كواكبها ودوران النجوم نفسها حول نواة المجرة. ومع أنها القوة التي تضمن تماسك الكون، إلا أنها الأضعف على الإطلاق.
القوة الكهرومغناطيسية
تعد القوة الكهرومغناطيسية أكثر تعقيدًا لكن الحقيقة ليست بهذا التعقيد. وتتمثل هذه القوة بالأساس في التفاعل الذي يحدث بين الجسيمات المشحونة كهربائيا بما في ذلك البروتونات (شحنة موجبة) والإلكترونات (شحنة سالبة). ويعد مبدأ عمل هذه القوة بسيطا للغاية: تجذب الجسيمات ذات الشحنات المتقابلة بعضها البعض، في حين تتنافر الجسيمات ذات الشحنات المتشابهة.
ما هي الجسيمات المسؤولة عن هذه القوة؟
أشار الموقع إلى أن الفوتونات هي التي تجعل وجود المجالات المغناطيسية ممكنا، وهي نوع من البوزونات (الجسيمات المسؤولة عن جميع التفاعلات باستثناء الجاذبية) التي يمكننا فهمها على أنها جسيمات الضوء. وتسمح الفوتونات، بالإضافة إلى القوة الكهرومغناطيسية، بوجود طيف الموجات الكهرومغناطيسية حيث يوجد الضوء المرئي وأشعة غاما والأشعة تحت الحمراء والموجات الدقيقة وما إلى ذلك.
القوة النووية الضعيفة
سُميّت القوة النووية الضعيفة بهذا الاسم لأنها أقل قوة من القوة النووية الشديدة، لكنها تظل أقوى من قوة الجاذبية. وهذا التفاعل الأساسي هو القوة التي تسمح للجسيمات التي تتكون منها الذرات (البروتونات والنيوترونات والإلكترونات) بالتحلل إلى جسيمات دون ذرية أخرى. وعندما يقترب النيوترينو (المعروف باسم جسيمات الشبح)، من النيوترون، يمكن أن يجعله يتحول إلى بروتون بسبب تأثير هذه القوة النووية الضعيفة.
بعبارة أخرى، القوة النووية الضعيفة هي التي تسمح باضمحلال بيتا النيوترونات. لكن ما هي الجسيمات التي تسمح بذلك؟ في هذه الحالة، تكون البوزونات هي المسؤولة عن هذه القوة وليس الفوتونات، المعروفة باسم بوزونات دبليو وزد.
وأوضح الموقع أنه عندما يسير نيوترينو بالقرب من نيوترون، فإنه في ذلك الوقت ينتقل بوزون دبليو من النيوترينو إلى النيوترون. في هذه الحالة، يكون التفاعل ضعيفًا. يجذب النيوترون بوزون دبليو للنيوترينو، الذي يفقد بوزونا ليصبح إلكترونا. وباكتسابه للبوزون، يصبح النيوترون بروتونًا.
القوة النووية الشديدة
من بين جميع القوى الأساسية الأربعة، تعتبر هذه القوة الأقوى على الإطلاق. ورغم مرورها دون أن يلاحظها أحد، إلا أنها تسمح للمادة بالوجود وذلك لأن هذه القوة تعمل بمثابة "غراء" للذرات. إنها القوة التي تسمح بسلامة النواة الذرية، مع إبقاء البروتونات والنيوترونات في مركز الذرات. وتعد القوة النووية الشديدة أقوى بمئة مرة من القوة الكهرومغناطيسية ولكن مداها أقصر.
تعود القوة النووية الشديدة إلى الغلوونات، وهو نوع من البوزون يحمل هذا التفاعل، مما يعني أنه حتى مع التنافر الكهرومغناطيسي في نواة الذرة، فإن البروتونات والنيوترونات تظل متحدة.