درباره‌ی چهار نیروی بنیادی طبیعت چه می‌دانید؟

[danai]

نیرو از نظر فیزیکی به معنای فشار یا کششی است که باعث تغییر وضعیت حرکت یک شیء می‌شود، و یا اینکه موجب تغییر شکل شیء می‌شود. نیوتن نیرو را به عنوان چیزی تعریف کرد که باعث می‌شود که یک شیء شتاب بگیرد. در حقیقت در معادله‌ی نیوتن، نیرو برابر با حاصل‌ضرب جرم و شتاب است.

بر اساس نظریه‌ی مدرن فیزیک، چهار نیروی بنیادی در طبیعت وجود دارند: نیروی گرانشی ضعیف‌ترین نیروها است، ولی دامنه‌ی اثر آن بی‌نهایت است. (این نیرو بخشی از مدل استاندارد محسوب نمی‌شود.) نیروی هسته‌ای ضعیف از نظر ضعیف بودن در مرتبه‌ی بعدی قرار دارد. با این حال، دامنه‌ی اثر آن کوتاه است. نیروی الکترومغناطیسی از آن قوی‌تر است، و دامنه‌ی نامحدود دارد. نیروی هسته‌ای قوی از همه‌ی نیروها قوی‌تر است، ولی دامنه‌ی آن کوتاه است.

_{^{Image credit: csun.edu}}

نیروی گرانش نیروی ضعیفی است که برد بلند دارد. علاوه بر این، نیروی گرانش همیشه ماهیت جذبی دارد. نیروی گرانش بین هر دو ماده در طبیعت وجود دارد، زیرا منبع آن جرم است. به عبارت دیگر، هر دو جرم بر یکدیگر نیروی گرانش وارد می‌کنند، که موجب می‌شود به طرف یکدیگر جذب شوند.

نیروی هسته‌ای ضعیف مسئول واپاشی رادیواکتیو و اندرکنش‌های نوترینو است. نیروی هسته‌ای ضعیف برد بسیار کوتاهی دارد. به‌طوری‌که نام آن نشان می‌دهد، این نیرو بسیار ضعیف است. نیروی ضعیف موجب واپاشی بتا می‌شود، یعنی سبب می‌شود که نوترون به پروتون، الکترون، و یک آنتی‌نوترینو تبدیل شود.

سومین نیروی بنیادی طبیعت، نیروی الکترومغناطیسی است، که اثرات الکتریکی و مغناطیسی، مانند دفع بین بارهای الکتریکی و یا واکنش بین آهن‌رباها، را ایجاد می‌کند. این نوع نیرو برد بلند دارد، ولی بسیار ضعیف‌تر از نیروی هسته‌ای قوی است. نیروی الکترومغناطیسی می‌تواند از نوع جاذبه یا دافعه باشد، و فقط بین ماده‌هایی که ناقل جریان الکتریکی هستند، عمل می‌کند. الکتریسیته، مغناطیس، و نور همگی به‌وسیله‌ی این نوع از نیرو ایجاد می‌شوند.

چهارمین نوع از نیروهای بنیادی طبیعت، نیروی هسته‌ای قوی است، که بسیار قوی است، ولی برد آن بسیار کوتاه است. این نیرو مسئول کنار هم نگه‌داشتن هسته‌های اتم‌ها است. این نیرو اساساً ماهیت جذب دارد، ولی در برخی از شرایط ممکن است به صورت دفع کننده عمل کند. نیروی قوی به‌وسیله‌ی ذراتی به نام گلوئون انتقال داده می‌شود، یعنی وقتی که دو ذره از طریق نیروی قوی عمل می‌کنند، این کار را از طریق مبادله کردن گلوئون‌ها انجام می‌دهند. بنابراین، کوارک‌های داخل پروتون‌ها و نوترون‌ها به‌وسیله‌ی مبادله‌ی نیروی هسته‌ای قوی در کنار یکدیگر نگه‌داشته می‌شوند.

توجه داشته باشید که زمانی که کوارکها نزدیک یکدیگر هستند، نیروی بسیار کمی را تجربه می‌کنند، ولی زمانی که از هم جدا می‌شوند، نیروی بین آنها به سرعت رشد می‌کند، و آنها را دوباره به نزد هم می‌کشد. برای جدا کردن کامل دو کوارک به‌قدری انرژی لازم است که هیچ‌گونه شتاب دهنده‌ی ذرات نمی‌تواند آن را ایجاد کند.