اَبا اِباد

fundamental-forces-in-nature

نیروهای بنیادین طبیعت

تمامی نیروهایی که ما در طبیعت می‌شناسیم، در چهار دسته‌ی گرانش، برهمکنش‌های ضعیف، الکترومغناطیس و برهمکنش‌های قوی، دسته بندی می‌شود.

قدرت این چهار نیروی بنیادین طبیعت، به همان ترتیبی که ذکر شد، افزایش می‌یابد. اما بد نیست در اینجا در مورد هریک‌ از این نیروها، بیشتر بدانیم:

۱ – نیروی گرانش: نیروی گرانش، نیرویی است که دو جسم دارای جرم به یکدیگر وارد می‌کنند. ما این نیرو را در اجرام بسیار سنگین مثل سیارات و ستارگان می‌بینیم. چرا که این نیرو در مقایسه با نیروهای دیگر، بسیار ضعیف است. مثلا در سطح ذرات زیراتمی، این نیرو در مقایسه با دیگر نیروها، کاملا قابل چشم پوشی است. اما نکته‌ای که در مورد این نیرو حائز اهمیت است، این است که برد این نیرو بسیار بلند بوده و در فواصل دور نیز، تاثیر می‌کند و یک نیروی برد بلند یا long range است. نیروی گرانشی که دو اتم هیدروژن در فاصله‌ی ۱۵۰ میلیون کیلومتری (فاصله‌ی خورشید تا زمین) به یکدیگر وارد می‌کنند، در اندازه‌ی ده به توان منفی پنجاه نیوتن است‌. اما اگر با تعداد زیادی هیدروژن، دو ستاره با جرم خورشید بسازیم و در همین فاصله از هم قرار دهیم، نیرویی معادل ده به توان ۲۲ نیوتن به یکدیگر وارد می‌کنند. پس نیروی گرانش عظیم، حاصل تجمع مقادیر بسیار کم است.

۲ – برهمکنش ضعیف: این نیرو موجب بسیاری از فرآیندهای واپاشی هسته‌ای است و در ابعاد ذرات زیراتمی مطرح است. چرا که این نیرو، یک نیروی برد کوتاه (short range) بوده و در فواصلی در حد یک هزارم فمتومتر (ده به توان منفی هجده متر) عمل می‌کند. به همین علت، در مثال دو ستاره، اصلا این نیرو مطرح نیست. این نیرو برای درک رفتار دو ذره‌ی بنیادین در نزدیکی یکدیگر اهمیت دارد. البته این نیرو، در مقایسه با برهمکنش قوی نیز بسیار ضعیف (یک ده میلیون اُم برهمکنش قوی) است.

۳ – نیروی الکترومغناطیس: بسیاری از نیروهایی که ما در زندگی روزمره و در ابعاد خودمان می‌بینیم، مانند اصطکاک، مقاومت هوا، نیروی درگ و تنش‌ها، ریشه‌ در همین نیروی الکترومغناطیس دارد. این نیرو در سطح اتمی، یکی از نیروهای مهم و موثر است که تاثیر آن، قابل چشم‌پوشی نیست. این نیرو، همچون نیروی گرانش، یک‌ نیروی برد بلند (long range) است. اگرچه نیروی الکترومغناطیس از نیروی گرانش بسیار قوی‌تر است و همچنین مانند‌ گرانش یک نیروی برد بلند است، اما ما این نیرو را در مورد اجرام آسمانی نمی‌بینیم. علت آن نیز پدیده‌ای تحت عنوان اثر پوششی یا shielding effect است که این نیرو، در مورد اجسام بزرگ، خود را از بین می‌برد.

۴ – برهمکنش قوی: این نیرو، ذرات سازنده‌ی هسته‌ی اتم را در کنار یکدیگر نگه می‌دارد و مهم‌ترین و موثرترین نیرو در ابعاد زیراتمی است. برد این نیرو بسیار کوتاه است، چنانکه حتی الکترون‌های اطراف هسته نیز این نیرو را احساس نمی‌کنند. برد این نیرو در حد یک فمتومتر (یا یک‌ فرمی یا ده به توان منفی پانزده متر) است. اما این‌ نیرو، از تمام نیروهای دیگر، قوی‌تر است. همین نیروست که اجازه نمی‌دهد دو پروتون که هردو دارای بار مثبت هستند، یکدیگر را دفع کنند و هسته متلاشی شود. اگر می‌خواهید قدرت این نیرو را در مقابل دیگر نیروها ببینید، می‌توانید انفجار یک بمب هسته‌ای را تماشا کنید.

تمامی این نیروها به جز نیروی گرانش، طبق مدل استاندارد فیزیک ذرات بنیادین (Standard Model of Particle Physics)، به کمک تبادل ذراتی بنیادینی مانند فوتون ها و گلوئون‌ها، توضیح داده می‌شوند که در آینده به بحث در مورد آن خواهیم پرداخت.
– ابا اباد
راجع به این پست، در یکی از کامنت‌ها پرسیده شد که چرا به جای نیروی قوی و ضعیف هسته‌ای، از اصطلاح برهم‌کنش قوی و ضعیف استفاده کردیم؟
پاسخ : زمانی که این برهم‌کنش‌ها اولین بار کشف شد، تصور می‌شد که محدود به هسته‌ی اتم‌هاست، اما با پیشرفت فیزیک ذرات مشخص شد که این‌ برهم‌کنش‌ها خارج از هسته‌ نیز یافت می‌شوند. لذا از اصطلاح کلی برهم‌کنش‌های ضعیف و قوی به جای اصطلاح نیروهای ضعیف و قوی هسته‌ای استفاده می‌شود.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *