تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

القوى في الفيزياء

القوى في كل مكان حولنا، فقوة الجاذبية (Force of gravity) تحمل الأرض في مدارها حول الشمس، والقوة المغناطيسية (Force of magnetism) تجعل المغناطيس يجذب برادة الحديد، وقوة الثقل مسؤولةٌ عن جذبنا نحو الأرض لأننا نملك كتلة، وهنالك عددٌ كبيرٌ من القوى حدّد خواصها إسحق نيوتن، ونظم معادلاتها. يقيس العلماء شدة القوة بوحدة سمّيت باسم نيوتن (نيوتن واحد هو مقدار ما تحتاجه لالتقاط تفاحةٍ صغيرة)، ونحن نختبر العديد من أنواع القوى المختلفة في حياتنا اليومية.

يمكنك تطبيق قوةٍ على حقيبة ظهرك عندما ترفعها، أو على باب خزانتك عندما تغلقها، تعمل قوى الاحتكاك وسحب الهواء على إبطائك عند التزلج أو ركوب الدراجة، لكن كل هذه القوى هي في الواقع مظاهر مختلفة لأربع قوى أساسية نبعت منها كل مظاهر القوة، وعندما نتعمق في النظر سنرى أن هذه القوى هي الوحيدة العاملة في الكون من الذرة إلى المجرة. ^[1]

ما هي القوى الأربعة الأساسية؟

هي التي تؤثر علينا كل يوم، سواءً أدركنا ذلك أم لا (من لعب كرة السلة، إلى إطلاق صاروخ نحو الفضاء، إلى وضع مغناطيس على ثلاجتك) كل القوى التي نختبرها جميعًا كل يوم يمكن اختزالها بأربعة قوى تحكم كل ما يحدث في الكون:

1- الجاذبية (Gravity).

2- القوة الضعيفة (weak force).

3- القوة الكهرومغناطيسية – الكهرطيسية – (Electromagnetism).

4- القوة القوية (Strong force).

قوة الجاذبية

تظهر قوة الجاذبية بين جسمين لهما كتلة أو طاقة، سواءً أكان ذلك إسقاط صخرةٍ من جسر، أو كوكبٍ يدور حول نجم، أو القمر الذي يدور حول الأرض، من المحتمل أن تكون الجاذبية هي أكثر القوى الأساسية بديهيةً ومألوفة، ولكنها كانت أيضًا واحدةً من أكثر القوى غموضاً وصعوبةً في التفسير.

كان إسحاق نيوتن أول من اقترح فكرة الجاذبية من الناحية الرياضية (سبقه علماء المسلمين في الإشارة إليها نظرياً، مثل: ابن سينا)، ويقال من باب المزاح أنها مستوحاة من سقوط تفاحة من الشجرة. ووصف الجاذبية بأنها عامل جذبٍ حقيقي بين جسمين، وبعد قرون اقترح ألبرت آينشتاين، من خلال نظريته النسبية العامة، أن الجاذبية ليست قوة إنما هي نتيجةٌ لانحناء نسيج الزمكان.

على الرغم من أن الجاذبية تربط الكواكب، والنجوم، والأنظمة الشمسية، وحتى المجرات ببعضها، فقد تبين أنها أضعف القوى الأساسية، خاصةً على المستوى الجزيئي والذري، حيث ليس للجاذبية أي تأثيرٍ تقريبًا مقارنةً بالقوى الأساسية الأخرى.

القوة الضعيفة

القوة الضعيفة، والتي تسمّى أيضًا التفاعل النووي الضعيف، هي المسؤولة عن اضمحلال الجسيمات، حيث الاضمحلال هو تغيير نوعٍ واحدٍ من الجسيمات دون الذرية إلى نوعٍ آخر، على سبيل المثال: يمكن للنيوترينو الذي يقترب من النيوترون أن يحول النيوترون إلى بروتون بينما يتحول النيوترينو إلى إلكترون.

يصف الفيزيائيون هذا التفاعل من خلال تبادل الجسيمات الحاملة للقوة، والتي تسمّى البوزونات (Bosons)، وتظهر هذه القوة عندما تصل الجسيمات دون الذرية، مثل: البروتونات، والنيوترونات إلى مسافةٍ تصل إلى 0.1 بالمئة من قطر البروتون، وتعتبر القوى الضعيفة أمرًا بالغ الأهمية لتفاعلات الاندماج النووي التي تزود الشمس بالطاقة.

وتنتج الطاقة اللازمة لمعظم أشكال الحياة هنا على الأرض، ولهذا السبب أيضًا يمكن لعلماء الآثار استخدام الكربون 14 لتأريخ العظام القديمة، والخشب، وغيرها من القطع الأثرية التي كانت حيةً سابقًا. كما يمكن للقوة الضعيفة أن تحول الكوارك السفلي داخل النيوترون إلى كوارك علوي، والذي من شأنه أن يحول النيوترون إلى بروتون، ويحول شحنته الكهربائية من محايدة إلى موجبة.

هذا التحول يغير الذرة التي يجري داخلها إلى نوعٍ مختلفٍ من العناصر، مثل: هذه التفاعلات تحدث طوال الوقت في شمسنا، مما يمنحها الطاقة التي يصل جزءٌ منها إلينا، وتعتبر القوة الضعيفة أضعف بحوالي مليون مرة من القوة القوية لكنها أقوى بكثيرٍ من الجاذبية. ^[2]

الكهرومغناطيسية

تعمل أجهزة التلفزيون لدينا بالطاقة الكهرومغناطيسية، ويحمل الضوء هذه القوة التي تضيء منازلنا ليلاً، وتبقي الإلكترونات في مدار حول النوى الذرية، وتسمح بتكوين المركبات الكيميائية، كما يوحي الاسم، فإن القوة الكهرومغناطيسية هي القوة التي تشمل كلاً من الكهرباء والمغناطيسية، فالحقل الكهربائي المتحرك ينتج حقلاً مغناطيسيًا، والعكس صحيح.

لا تظهر القوة الكهرومغناطيسية إلا مع الأجسام المشحونة، وقد تظهر على شكل تجاذبٍ أو تنافرٍ بين الأجسام المشحونة. في حين أن الكهرومغناطيسية أقوى من الجاذبية، إلا أنها غالبًا ما تكون متوازنةً في الأجسام الكبيرة من خلال الأعداد المتساوية من الشحنات الموجبة والسالبة التي تشكل ذراتٍ محايدة، على سبيل المثال: تتمتع الأرض بمجالٍ مغناطيسي بسبب التيارات الكهربائية الموجودة في قلبها السائل؛ ومع ذلك، فإن الأرض نفسها محايدةٌ كهربائيًا.

القوة القوية

تؤثر القوى النووية على حياتنا اليومية، ولكنها تعمل على مسافاتٍ أصغر من الذرات، فهي تعمل على تجميع وحدات بناء الذرات معًا، وتعمل على تجميع البروتونات والنيوترونات التي تشكل جوهر العناصر، وعلى نطاقٍ أصغر أيضاً، حيث تعمل القوة الشديدة على تجميع الكواركات المشحونة بشكلٍ معاكس بواسطة جسيم الغلون.

وكما يوحي اسمها، فإن القوة القوية هي أقوى القوى الأساسية، وهي أقوى بنحو 100 مرة من الكهرومغناطيسية، وأقوى بـ 100 تريليون تريليون تريليون مرة من الجاذبية. ومع ذلك، فإن القوة القوية لها تأثير فقط على مسافاتٍ صغيرةٍ جدًا. بالنسبة لأي شيءٍ أكبر من نواة ذرة متوسطة الحجم (حوالي 100 مليون مرة أصغر من عرض شعرة الإنسان)، فإن تأثيره ينخفض ​​بسرعة، وستكون القوى الأخرى أقوى. ^[3]

ما هي الجسيمات الحاملة للقوى الأربعة؟

1- قوة الجاذبية يحملها جسيمٌ اسمه الجرافيتون (Graviton).

2- القوة الكهرطيسية يحملها جسيم اسمه الفوتون (Photon).

3- القوة الضعيفة يحملها البوزونات W, Z.

4- القوة القوية يحملها جسيم اسمه الغلون (Gluon). ^[4]