أساس الكون
ما هي القوى التي تعرفها؟ الجاذبية، شد الخيط، ضغط الزنبرك، اصطدامات الجسم،
تجدر الإشارة إلى أن وجود أربعة تفاعلات أساسية (باستثناء مجال هيغز) معروف اليوم بشكل موثوق:
الجاذبية - تفاعل الجاذبية
الجاذبية هي الجذب بين اثنينالأجسام التي لها كتلة أو طاقة. لقد لاحظ الجميع هذا التأثير الأساسي وبفضله يمكن لأي شخص الجلوس أو الوقوف أو الاستلقاء. تتجلى قوة الجاذبية في سقوط الحجر من الهاوية؛ حركة الكوكب حول النجم. المد البحري الذي يكون القمر مسؤولا عنه. الجاذبية هي أكثر القوى الأساسية بديهية ومألوفة، ومع ذلك فهي ليست الأسهل في التفسير.
وكان إسحاق نيوتن أول من اقترح الفكرةالجاذبية، من المفترض أنها مستوحاة من سقوط تفاحة من الشجرة. ووصفه بأنه جاذبية حرفية بين شيئين. وبعد قرون، اقترح ألبرت أينشتاين في نظريته النسبية العامة (GR) أن الجاذبية ليست قوة جذب أو قوة. بل هو نتيجة لانحناء الأجسام للزمكان. يعمل الجسم الكبير مع الزمكان بنفس الطريقة التي تؤثر بها كرة كبيرة موضوعة في منتصف ورقة على تلك المادة، وتشوهها وتتسبب في سقوط أجسام أخرى أصغر على الورقة باتجاه المنتصف.
قانون الجاذبية الكونية
على الرغم من أن الجاذبية تربط الكواكب معًا،النجوم والأنظمة الشمسية وحتى المجرات، فقد تبين أنها أضعف القوى الأساسية، خاصة على المستوى الجزيئي والذري. فكر في الأمر بهذه الطريقة: ما مدى صعوبة رفع الكرة عن الأرض؟ أو ارفع رجلك؟ أو القفز؟ كل هذه الإجراءات تتعارض مع جاذبية الأرض بأكملها. وعلى المستويين الجزيئي والذري، ليس للجاذبية أي تأثير تقريبًا على القوى الأساسية الأخرى.
قوة ضعيفة واضمحلال الجسيمات
القوة الضعيفة أو القوة النووية الضعيفةهو المسؤول عن اضمحلال الجزيئات. هذا هو التحول الحرفي لنوع واحد من الجسيمات دون الذرية إلى نوع آخر. على سبيل المثال، يمكن للنيوترينو الذي ينحرف عن النيوترون أن يحول النيوترون إلى بروتون، والنيوترينو إلى إلكترون.
يصف الفيزيائيون هذا التفاعل من خلال التبادلالبوزونات. وهذه الجسيمات الحاملة للقوة، وتحديداً بعض أنواعها، هي المسؤولة عن القوة الضعيفة، والقوة الكهرومغناطيسية، والقوة الشديدة. في القوة الضعيفة، تكون البوزونات عبارة عن جسيمات مشحونة تسمى بوزونات W و Z. عندما تكون الجسيمات دون الذرية - البروتونات والنيوترونات والإلكترونات - على بعد 10 إلى 18 مترًا (0.1% من قطر البروتون) من بعضها البعض، يمكنها تبادل هذه البوزونات. ونتيجة لذلك، تنقسم الجزيئات دون الذرية إلى جزيئات جديدة.
اقتران ضعيف أمر بالغ الأهمية لتفاعلات الاندماج النووي. فهي التي تزود الشمس بالطاقة وتنتج الطاقة اللازمة لمعظم أشكال الحياة هنا على الأرض. بالمناسبة، لهذا السبب يستخدم علماء الآثار الكربون 14 لتحديد عمر العظام القديمة والخشب وغيرها من القطع الأثرية التي كانت حية سابقًا. يحتوي الكربون 14 على ستة بروتونات وثمانية نيوترونات. ويتحلل أحد هذه النيوترونات إلى بروتون لتكوين النيتروجين-14، الذي يحتوي على سبعة بروتونات وسبعة نيوترونات. ويحدث هذا الاضمحلال بمعدل يمكن التنبؤ به، مما يسمح للعلماء بتحديد عمر القطع الأثرية.
القوة الكهرومغناطيسية
تعمل القوة الكهرومغناطيسية (قوة لورنتز)بين الجسيمات المشحونة - الإلكترونات سالبة الشحنة والبروتونات موجبة الشحنة. تجذب الشحنات المعاكسة بعضها البعض ، بينما تتنافر الشحنات المتطابقة. كلما زادت الشحن ، زادت القوة. ومثل الجاذبية ، يمكن الشعور بهذه القوة.
كما يوحي الاسم ، القوة الكهرومغناطيسيةيتكون من جزئين: القوة الكهربائية والقوة المغناطيسية. في البداية ، وصف الفيزيائيون هذه القوى بشكل منفصل عن بعضها البعض ، لكنهم أدركوا لاحقًا أنها مكونات واحدة.
المكون الكهربائي يعمل بينالجسيمات المشحونة ، بغض النظر عما إذا كانت تتحرك أم لا ، تخلق حقلاً. مع ذلك ، يمكن أن تؤثر الرسوم على بعضها البعض. ولكن بمجرد أن تبدأ هذه الجسيمات المشحونة في التحرك ، فإنها تظهر أيضًا المكون الثاني - القوة المغناطيسية. عندما يتحركون ، يقومون بإنشاء مجال مغناطيسي حولهم. لذلك ، عندما تخترق الإلكترونات السلك ، على سبيل المثال ، لشحن جهاز كمبيوتر أو هاتف أو تشغيل جهاز تلفزيون ، يصبح السلك ممغنطًا.
تنتقل القوى الكهرومغناطيسية بينالجسيمات المشحونة من خلال تبادل البوزونات عديمة الكتلة الحاملة للقوة - الفوتونات ، والتي هي أيضًا جسيمات الضوء. ومع ذلك ، فإن الفوتونات التي تحمل القوة هي مظهر آخر لها. وفقًا لجامعة تينيسي في نوكسفيل ، فهي افتراضية ولا يمكن اكتشافها ، على الرغم من أنها ، من الناحية الفنية ، هي نفس الجسيمات مثل النسخة الحقيقية والقابلة للاكتشاف من الفوتونات.
القوة الكهرومغناطيسية مسؤولة عن البعضمن أكثر الظواهر شيوعًا: الاحتكاك ، والمرونة ، والقوة العادية ، والقوة التي تربط المواد الصلبة معًا في شكل معين. حتى أنها مسؤولة عن المقاومة التي تواجهها الطيور والطائرات ، على سبيل المثال. هذا بسبب تفاعل الجسيمات المشحونة (أو المحايدة) مع بعضها البعض. على سبيل المثال ، ترجع القوة العادية التي تحمل كتابًا على طاولة (بدلاً من سحب الجاذبية للكتاب إلى الأرض) إلى حقيقة أن الإلكترونات الموجودة في ذرات الجدول تصد الإلكترونات الموجودة في ذرات الكتاب.
قوة قوية - تريليونات تريليونات تريليونات أقوى من الجاذبية
قوة نووية قوية ، أو نووية قويةالتفاعل هو أقوى أربع قوى أساسية للطبيعة. وفقًا لـ HyperPhysics ، هذا هو 6 آلاف تريليون تريليون تريليون (أي 39 أصفارًا بعد 6) مرات أقوى من الجاذبية. هذا لأنه يربط الجسيمات الأساسية للمادة معًا لتشكيل جسيمات أكبر. إنه يربط الكواركات التي تتكون منها البروتونات والنيوترونات ، وجزء من القوة القوية يربط أيضًا البروتونات والنيوترونات في النواة الذرية.
كقوة ضعيفة ، قويةيعمل التفاعل فقط عندما تكون الجسيمات دون الذرية قريبة جدًا من بعضها البعض. يجب أن تكون في مكان ما على بعد 10-15 مترًا من بعضها البعض (تقريبًا داخل قطر البروتون).
ومع ذلك، يمكن استدعاء التفاعل القوي"غريب". والحقيقة هي أنها، على عكس القوى الأساسية الأخرى، تصبح أضعف عندما تقترب الجسيمات دون الذرية من بعضها البعض. وكما كتب باحثو فيرميلاب، فإن التفاعل القوي يصل إلى أقصى "قوة" عندما تكون الجزيئات متباعدة قدر الإمكان. وبمجرد وصولها إلى النطاق، تنقل البوزونات المشحونة عديمة الكتلة -الغلوونات- القوة القوية بين الكواركات وتبقيها "ملتصقة ببعضها البعض". يعمل جزء صغير من القوة الشديدة - القوة القوية المتبقية - بين البروتونات والنيوترونات. تتنافر البروتونات الموجودة في النواة مع بعضها البعض بسبب تشابه شحنتها، لكن يمكن لقوة قوية متبقية التغلب على هذه العملية. ولهذا السبب تظل الجزيئات مرتبطة ببعضها البعض في نواة الذرة.
التوحيد العظيم ونظرية كل شيء
مسألة الأربعة التي لم تحلالقوى الأساسية هي ما إذا كانت حقًا مظهرًا للقوة العظيمة الوحيدة في الكون. إذا كان الأمر كذلك، فيجب أن يكون كل واحد منهم قادرًا على الاندماج مع الآخرين، وهناك بالفعل دليل على أنهم قادرون على ذلك.
الفيزيائيان شيلدون جلاشو وستيفن واينبرغحصلت جامعة هارفارد مع عبد السلام من إمبريال كوليدج لندن على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1979 للجمع بين القوة الكهرومغناطيسية مع القوة الضعيفة لتشكيل مفهوم القوة الكهروضعيفة. يسعى الفيزيائيون الذين يعملون على إنشاء نظرية التوحيد الكبير إلى الجمع بين التفاعل الكهروضعيف مع التفاعل القوي لتحديد التفاعل بين الإلكترون والنووي. تم توقعه سابقًا بواسطة النماذج ، لكن لم يتم ملاحظته بعد. سيتطلب الجزء الأخير من اللغز الجمع بين الجاذبية والقوة الإلكترونية والنووية لتطوير نظرية لكل شيء - الأساس الذي يمكن أن يفسر الكون بأكمله.
ومع ذلك ، وجد الفيزيائيون صعوبة في الجمعالعالم المجهري مع العيانية. على نطاق واسع وخاصة الفلكي ، تهيمن الجاذبية وأفضل وصف لها في نظرية النسبية العامة لأينشتاين. ولكن على المستوى الجزيئي أو الذري أو دون الذري ، فإن ميكانيكا الكم تصف العالم الطبيعي بشكل أفضل. وحتى الآن ، لم يبتكر أحد طريقة جيدة للجمع بين هذين العالمين معًا.
قراءة المزيد
تم إنشاء أول خريطة دقيقة للعالم. ما هو الخطأ مع أي شخص آخر؟
حصل أورانوس على مكانة أغرب كوكب في المجموعة الشمسية. لماذا؟
أخبرت ناسا كيف سيتم تسليم عينات من المريخ إلى الأرض
يوفر مجال هيجز انتهاكًا عفويًاتناظر التفاعلات الكهروضعيفة بسبب كسر التناظر الفراغي ، الذي سمي على اسم مطور نظريته ، الفيزيائي البريطاني بيتر هيغز. كمية هذا المجال هي جسيم هيغز (بوزون هيغز).
W- و Z-bosons - جسيمات أساسية ،ناقلات ضعف التفاعل. يعتبر اكتشافهم أحد النجاحات الرئيسية للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. تمت تسمية الجسيم W على اسم الحرف الأول من اسم التفاعل - تفاعل ضعيف
الكربون 14 هو نوكليدة مشعة لعنصر الكربون الكيميائي برقم ذري 6 ورقم كتلي 14.
نظائر النيتروجين هي أنواع مختلفة من الذرات الكيميائيةعنصر النيتروجين ، الذي يحتوي على محتوى مختلف من النيوترونات في النواة. يتكون النيتروجين الطبيعي من نظيرين مستقرين ¹⁴N و N بتركيزات ذرية تبلغ 0.99636 و 0.00364 على التوالي.
الجسيم المحايد هو جسيم أولي ، وليسوجود شحنة كهربائية. تشمل الجسيمات المحايدة ، على سبيل المثال ، الفوتون والنيوترون والنيوترينو. ومع ذلك ، يمكن للجسيمات المحايدة أن يكون لها لحظة مغناطيسية ولحظات كهربائية ذات تعدد أقطاب أعلى ، على سبيل المثال ، لحظة رباعية.
قوة رد الفعل الطبيعي هي قوة تعمل علىالجسم من جانب الدعم وموجه عموديًا على سطح التلامس. موزعة على منطقة منطقة الاتصال. يؤخذ في الاعتبار عند تحليل ديناميات حركة الجسم. أرقام في قانون أمونتون كولوم.