القوى الأساسية للفيزياء في حياتنا اليومية
.png)
يمكن تفسير جميع التفاعلات المرئية في الطبيعة باستخدام أربع قوى أساسية فقط. يعتقد معظم الفيزيائيين أن هذه القوى الأربع كان يجب أن تنفصل مع توسع الكون، لكن كان يجب أن تكون هي نفسها في الأساس تحت درجات الحرارة المرتفعة التي كانت موجودة خلال الانفجار العظيم.
لذلك يبحث العلماء عن جميع النظريات التي توحد القوى الأربع وتسمح بفهم كامل للكون. نظرية الأوتار والنموذج القياسي هما نظريتان كبيرتان موحدتان تحاولان تحقيق ذلك، لكنهما فشلتا حتى الآن.
في هذه المقالة، سنلقي نظرة على كيفية تطبيق القوى الأساسية الأربع في حياتنا اليومية. اثنتان من هذه القوى هما الجاذبية والكهرومغناطيسية، والتي ندركها جميعًا جيدًا. هذا يرجع إلى حقيقة أن القوى الأساسية تعمل على نطاقات كبيرة، في حين أن القوى الضعيفة والقوية التي تعمل على نطاقات صغيرة (المقياس الذري) تكاد تكون غير مرئية.
القوة الكهرومغناطيسية
هذه القوة الأساسية في الواقع هي مزيج من قوتين، القوة الكهربائية والقوة المغناطيسية. بناءً على تجارب مايكل فاراداي الرائدة، أنشأ عالم الرياضيات اللامع جيمس كليرك ماكسويل نظامًا من المعادلات يجمع قوتين في واحدة.
في العالم الحديث، توجد القوى الكهرومغناطيسية في كل مكان تنظر إليه. تشمل الأمثلة البارزة التلفزيون والراديو وأجهزة الكمبيوتر. مع تقدم التكنولوجيا، أصبحت أجهزتنا أصغر حجمًا وتناسب راحة أيدينا. بلمسة زر واحدة، نتواصل مع العالم عبر الإنترنت. هذه أيضًا هي الهدية الكهرومغناطيسية للبشرية جمعاء.
بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام العديد من الموجات الكهرومغناطيسية أيضًا للشفاء. على سبيل المثال: تستخدم أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي موجات الراديو لإنشاء صور لنشاط الدماغ، ويمكن رؤية الكسور في الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية لعلاج حالات مثل اليرقان وأشعة جاما المستخدمة لقتل الخلايا السرطانية.
علاوة على ذلك، ما نراه بأعيننا هو الضوء المرئي، وهو جزء صغير من الطيف بأكمله، من البنفسجي إلى الأحمر، مثل قوس قزح. هذا هو السبب في أن القوة الكهرومغناطيسية هي القوة المألوفة لدينا لأنها توجد في كل مكان. يمكن أن تكون صورًا شخصية أو مقاطع فيديو.
قوة الجاذبية
تدور الأرض حول الشمس مرة في السنة لأنها في مجال جاذبية الشمس. هل ستحتفل بالعام الجديد مع أصدقائك وعائلتك إذا لم تبقي الجاذبية الأرض تدور؟
الكواكب والمذنبات والكويكبات وغيرها من الحطام مرتبطة ببعضها البعض بفعل جاذبية الشمس. هذا يدل على أن الجاذبية قوة بعيدة المدى. ومع ذلك، فإن هذا له حدوده حيث تنخفض الجاذبية بسرعة مع زيادة المسافة.
يوجد الآن المئات من الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض، 24 منها مخصصة بالكامل لتقنية GPS. يرجى التفكير في الامر. بدون الجاذبية للحفاظ على مدار مستقر، لن توجد خرائط Google وستضيع في مكان غريب.
قانون الجاذبية الكونية هو مزيج من ديناميكيات الأرض والسماء، كما فعل السير إسحاق نيوتن في القرن السابع عشر. اليوم، يمكننا أن نفهم أصل الكون من خلال معرفة أسباب الجاذبية. يمكن لبعض الفيزيائيين أيضًا التنبؤ بما سيكون عليه الكون من خلال دراسة كيفية تفاعل الجاذبية مع القوى الطبيعية الأخرى.
القوى الضعيفة
كان عامة الناس يدركون أن باطن الأرض كان دافئًا وذائبًا بسبب وجود البراكين التي تقذف الحمم البركانية من باطن الأرض. اكتشف العلماء بعد ذلك أن عمر الأرض يبلغ 4 مليارات سنة، مما أربكهم. وما الذي تسبب في ذوبان الحديد في القلب وخلق المجال المغناطيسي للأرض؟
في القرن العشرين، تم اكتشاف وجود العديد من العناصر المشعة مثل اليورانيوم والثوريوم داخل الأرض، وأنها تتحلل بشكل طبيعي وتسخن الأرض من الداخل. يتم تفسير طاقة هذه التفاعلات من خلال معادلة أينشتاين الشهيرة، والتي تنص على أن الكتلة تساوي الطاقة.
تنبعث النيوترينوات أثناء عملية الاضمحلال، لكن النيوترينوات تتفاعل فقط بواسطة قوى ضعيفة. تم اكتشاف هذه الجسيمات السريعة لأول مرة في عام 2005 من قبل علماء من كاملاند، اليابان. لذلك، يتم تفسير الحرارة ودرجة الحرارة الكامنة في لب الأرض من خلال التفاعلات الضعيفة.
خلاف ذلك، لن يكون هناك حديد منصهر، وبالتالي لن يكون هناك مجال مغناطيسي حول الأرض لحمايتها من الرياح الشمسية الحارقة. نتيجة لذلك، ستختفي طبقة الأوزون وسنموت جميعًا. لذلك فإن تسوس بيتا، وهو مظهر من مظاهر القوة الضعيفة، هو أمر أساسي للوغاريتم.
بالإضافة إلى ذلك، فإن القوة الضعيفة مسؤولة أيضًا عن التحلل الإشعاعي، الذي يساعد في إنتاج ضوء الشمس ويساعد في تحديد عمر الحفريات على الأرض.
القوى الشديدة
البروتونات مشحونة إيجابياً، مثل الشحنات تتنافر، والمسافة بين البروتونات في النواة صغيرة جدًا لدرجة أن التنافر الإلكتروستاتيكي كبير جدًا لدرجة أن البروتونات يجب أن تتشتت! فما الذي يربطهم معًا؟
القوة الشديدة هي الغراء الذي يربط النوى معًا. بالطبع، يجب أن تكون ذات تأثير قصير جدًا، لكنها ستكون أكبر بكثير من القوة الكهرومغناطيسية، وأنت تعرف ما هو المثير للاهتمام؟ يرجع جزء كبير من كتلة البروتون (أو النيوترون) إلى طاقة مجال القوة القوية. هذا يعني أن معظم كتلتنا هي ببساطة مظهر من مظاهر نفس الطاقة.
بدون تفاعلات مفرطة، لن تتجمع البروتونات معًا، لذلك لن تكون هناك حياة. ومع ذلك، بسبب التفاعلات القوية، يمكن أن تندمج البروتونات في الهيليوم غير المستقر. يتحلل الهيليوم بتوجيه من التفاعلات الضعيفة لإنتاج الضوء المرئي الذي تستخدمه المملكة النباتية لصنع الطعام ويستخدمه البشر والحيوانات للحصول على الغذاء..
التفاعلات الضعيفة والقوية هي قوى تعمل على نطاق صغير، على عكس القوى الكهرومغناطيسية وقوى الجاذبية، لذلك ليس لديهم تطبيقات تكنولوجية واسعة النطاق، لكن بالتأكيد لا يمكنك الاستغناء عنها!
خاتمة
تتحكم قوتان في كل النشاط على نطاق الكون الواسع، وتتحكم قوتان أخريان في أهم أجزاء العالم المجهري. كما ذكرنا سابقًا، يبحث العلماء عن جميع النظريات التي تدمج جميع قوى الطبيعة الأربع في نظام كلي واحد. ولكن ماذا لو كانت هناك قوة خامسة للطبيعة؟