القوى الأساسية الأربعة (أو التفاعلات الأساسية) في الفيزياء هي الطرق التي تتفاعل بها الجسيمات الفردية مع بعضها البعض.
اتضح أن كل تفاعل لوحظ يحدث في الكون يمكن تقسيمه ووصفه من خلال أربعة أنواع فقط من التفاعلات:
- الجاذبية.
- الكهرومغناطيسية.
- تفاعل ضعيف (أو قوة نووية ضعيفة).
- تفاعل قوي (أو قوة نووية قوية).
1. قوة الجاذبية.
من بين القوى الأساسية الأربعة في الفيزياء، تمتلك الجاذبية أقصى مدى، لكنها الأضعف في الحجم الفعلي. إنها قوة جذابة بحتة تصل حتى عبر الفراغ “الفارغ” من الفضاء لجذب كتلتين تجاه بعضهما البعض.
إنها تحافظ على الكواكب في مدار حول الشمس والقمر في مدار حول الأرض. يتم وصف الجاذبية في إطار نظرية النسبية العامة، والتي تعرفها بأنها انحناء الزمكان حول جسم ذي كتلة.
هذا الانحناء، بدوره، ينتج موقفًا يكون فيه مسار الطاقة الأقل باتجاه الجسم الآخر للكتلة.
2. القوة الكهرومغناطيسية.
الكهرومغناطيسية هي تفاعل الجسيمات مع الشحنة الكهربائية.
تتفاعل الجسيمات المشحونة في حالة السكون من خلال القوى الكهروستاتيكية، بينما تتفاعل أثناء الحركة من خلال القوى الكهربائية والمغناطيسية.
لفترة طويلة، كانت القوى الكهربائية والمغناطيسية تُعتبر قوى مختلفة، لكن تم توحيدها أخيرًا بواسطة جيمس كليرك ماكسويل في عام 1864، بموجب معادلات ماكسويل.
في الأربعينيات من القرن الماضي، عززت الديناميكا الكهربية الكمومية الكهرومغناطيسية مع فيزياء الكم.
ربما تكون الكهرومغناطيسية هي القوة الأكثر انتشارًا في عالمنا، حيث يمكنها التأثير على الأشياء على مسافة معقولة وبقدر معقول من القوة.
إقرأ أيضاً… ما هي أشكال الطاقة؟ مع أمثلة عليها.
3. قوة التفاعل الضعيف (القوة النووية الضعيفة).
التفاعل الضعيف هو قوة جبارة جدا تعمل على نطاق النواة الذرية. يسبب ظواهر مثل تسوس بيتا.
تم دمجها مع الكهرومغناطيسية كتفاعل فردي يسمى “التفاعل الكهروضعيف”. يتم التوسط في التفاعل الضعيف بواسطة W boson (هناك نوعان ، W + و W- بوزونات) وأيضًا بوزون Z.
4. قوة التفاعل القوي (القوة النووية القوية).
أقوى القوى هو التفاعل القوي المسمى على نحو مناسب، وهو القوة التي، من بين أمور أخرى، تحافظ على ارتباط النيوكليونات (البروتونات والنيوترونات) ببعضها البعض. في ذرة الهيليوم، على سبيل المثال، تكون قوية بما يكفي لربط بروتونين معًا على الرغم من أن شحناتهما الكهربائية الموجبة تجعلهما يتنافران.
في الجوهر، يسمح التفاعل القوي لجسيمات تسمى الغلوونات بربط الكواركات معًا لتكوين النيوكليونات في المقام الأول. يمكن أن تتفاعل الغلوونات أيضًا مع الغلوونات الأخرى، مما يعطي التفاعل القوي مسافة غير محدودة نظريًا، على الرغم من أن مظاهره الرئيسية كلها على المستوى دون الذري.
إقرأ أيضاً… مقدمة في فيزياء الذرة.
توحيد القوى الأساسية الأربعة في الفيزياء.
يعتقد العديد من الفيزيائيين أن جميع القوى الأساسية الأربعة هي، في الواقع، مظاهر لقوة أساسية واحدة (أو موحدة) لم يتم اكتشافها بعد.
مثلما تم توحيد الكهرباء والمغناطيسية والقوة الضعيفة في التفاعل الكهروضعيف، فإنهم يعملون على توحيد جميع القوى الأساسية.
التفسير الميكانيكي الكمومي الحالي لهذه القوى هو أن الجسيمات لا تتفاعل بشكل مباشر، بل تظهر جسيمات افتراضية تتوسط في التفاعلات الفعلية.
تم دمج جميع القوى باستثناء الجاذبية في هذا “النموذج القياسي” للتفاعل. يتم تسمية الجهد المبذول لتوحيد الجاذبية مع القوى الأساسية الثلاثة الأخرى الجاذبية الكمية.
إنه يفترض وجود جسيم افتراضي يسمى الجرافيتون، والذي سيكون العنصر الوسيط في تفاعلات الجاذبية. حتى الآن، لم يتم الكشف عن الجرافيتونات، ولم تنجح أي نظريات حول الجاذبية الكمية أو تم تبنيها عالميًا.
