آنچه بيش از ذرات بنيادين اهميت دارد، نيروهاي بنيادين است. ذرات حامل نيرو را، بر حسب شدت نيروئي که حمل مي‏کنند و ذراتي که متقابلا بر آنها تاثير مي‏کنند، به چهار دسته تقسيم مي‏کنند: نيروي گرانش، نيروي الکترومغناطيسي، نيروي هسته‏اي ضعيف و نيروي هسته‏اي قوي.

1. نيروي گرانشي

گرانش، ساختمان کلان گيتي را شکل مي‏دهد، گرچه در بين نيروها ضعيف‏ترين آنهاست. گرانش نيروئي عام است که بر هر ذره متناسب با جرم يا انرژي‏ آن وارد مي‏شود. گرانش مي‏تواند تا فاصله‏هاي دور عمل کند و همواره نيروئي جذب کننده است. اما بايد توجه داشت که همين نيروهاي ضعيف گرانش ميان تک تک ذرات، در دو جسم بزرگ مثل خورشيد و زمين همگي با هم جمع مي‏شود و نيروي عظيمي بوجود مي‏آورد.

سه نيروي ديگر کوتاه برد هستند، گاه جاذبه و گاه دافعه دارند و در نتيجه گرايش آنها به خنثي‏سازي است.

در مکانيک کوانتم، ميدان گرانشي بين دو ذره مادي بوسيله ذره‏اي به نام "گراويتون" توضيح داده مي‏شود که خود جرم ندارد، از اين رو نيرويي که حمل مي‏کند دور برد است. گرانش ميان خورشيد و زمين را به مبادله گراويتون‏ها بين اجزا تشکيل دهنده اين دو کره نسبت مي‏دهند. گرچه ذرات رد و بدل شده مجازي‏اند اما تاثير آنها سنجش‏پذير است. گراويتون‏هاي حقيقي امواج گرانشي را ايجاد مي‏کنند و به دليل ضعيف بودن به دشواري آشکار مي‏شوند و تا کنون کسي آنها را مشاهده نکرده است.

۲. نيروي الکترومغناطيسي

اين نيرو تاثيري بر ذرات غيرباردار مثل گراويتون‏ها ندارد اما با ذرات باردار مثل الکترون و کوارک وارد فعل و انفعال مي‏شود. بسيار قوي‏تر از نيروي گرانش است. اين نيرو بين دو الکترون، در حدود 142 برابر گرانش است! نيروي الکترومغناطيسي بين الکترون‏ها و پروتون‏هاي هسته (مثبت و منفي) موجب گرانش الکترون‏ها به دور هسته مي‏شود همانطور که جاذبه گرانشي باعث حرکت زمين گرد خورشيد مي‏شود.

جاذبه الکترومغناطيسي ناشي از مبادله شمار زيادي ذرات مجازي بدون جرم به نام "فوتون" است. رفتن الکترون از يک مدار به مدار ديگر نزديک هسته‏، انرژي آزاد مي‏کند و يک فوتون حقيقي گسيل مي‏شود. برخورد يک فوتون به اتم نيز همين جابجايي را براي الکترون انجام مي‏دهد و باعث مصرف انرژي و جذب فوتون مي‏شود. اين نيرو پس از نيروي هسته‏اي قوي، دومين نيرو از نظر قدرت است.

3. نيروي هسته‏اي ضعيف

اين نيرو با برد بسيار کوتاه موجب پديده راديواکتيويته مي‏شود و بر همه ذرات مادي به استثناء فوتون و گراويتون ـ که حامل نيرو هستند ـ اثر مي‏کند. در 1967 پروفسور عبدالسلام و استيون واينبرگ از هاروارد نظريه‏هايي ارائه دادند که موجب يکپارچگي و وحدت اين قبيل فعل و انفعالات با نيروي الکترومغناطيسي شد؛ همانطور که 100 سال قبل، ماکسول به الکتريسته و مغناطيس وحدت بخشيد. آنها گفتند علاوه بر فوتون، سه ذره ديگر وجود دارد که "بوزون" (BOSON) ناميده مي‏شوند و حامل نيروي ضعيف هستند. اين ذرات در انرژي‏هاي پائين همگي يک نوع ذره را تشکيل مي‏دهد مثل فرفره در سرعت‏هاي پايين که حالات مختلفي دارد، اما در سرعت هاي بالا فقط مي‏چرخد. در انرژي‏هاي بسيار بالاتر از GeV 100 اين سه ذره به همراه فوتون همگي رفتار مشابهي دارند اما در انرژي‏هاي پايين اين تقارن ميان ذره‏ها مي‏شکند. آنها به دليل ارائه نظريه شکست خودانگيز تقارن، در سال 1979 جايزه نوبل فيزيک را نصيب خود کردند.

4. نيروي هسته‏اي قوي

اين نيرو در نوترون و پروتون، کوارک‏ها را کنار هم نگه مي‏دارد و درهسته اتم، پروتون‏ها و نوترون‏ها را دور هم جمع مي‏کند. اين قوي ترين نيروي عالم است که کوتاه ترين برد را نيز دارد. مي‏گويند ذره ديگري به نام "گلوئون" (gluon) اين نيرو را حمل مي‏کند. پروتون‏ يا نوترون مرکب از سه کوارک است. گاه زوج کوارک و پادکوارک ذره‏اي را به نام "مزون" (mezon) توليد مي‏کند که ناپايدار است. خاصيت تحديد ويژگي عجيب کوارک‏هاست که رنگي را عيان نمي‏سازند و اين خاصيت مانع مشاهده يک کوارک يا گلوئون به طور مجزا و منفرد مي‏شود و اين مسئله ممکن است مفهوم آن را تا حدي متافيزيکي جلوه دهد.

در انرژي‏هاي معمولي، نيروي هسته‏اي براستي قوي است و موجب فشرده شدن کوارک‏ها به هم مي‏شود اما در انرژي‏هاي بالا، اين نيرو بسيار تضعيف مي‏شود و کوارک‏ها و گلوئون‏ها مثل ذرات آزاد رفتار مي‏کنند.

 برگرفته ازكتاب: معجزه عقل کل - زندگي و انديشه هاي استيون هاوکينگ

نام نويسنده:  مسعود بينش

انتشارات:  باشگاه اندیشه

تاريخ انتشار: پاییز 1387

+ نوشته شده در  چهارشنبه ۴ شهریور ۱۳۸۸ساعت 6:44  توسط ق  |