الکتروديناميک و کروموديناميک کوانتومي

فروش کتاب الکترونیکی - فیزیک از آغاز تا امروز

نيرو

از نظر لغوي نيرو مفاهيم مختلفي دارد و در هيچ فرهنگي کلمه ي نيرو به صورتي جامع تعريف نشده است. اگر به آنچه که معمولا نيرو ناميده مي شود، دقت کنيم، از کثرت آن دچار شگفتي خواهيم شد. اين کثرت نيروها نبايد ما را به بيراهه بکشد. يکي از ويژگي هاي علم آن است که کثرت را وحدت بخشد و در عين حال از وحدت بتواند موارد خاص و مختلف را نتيجه بگيرد. در اين جا به نيروهايي مي پردازيم که در فيزيک به عنوان نيروهاي اساسي شناخته مي شوند و از اصطلاح برهمکنش براي آنها استفاده مي شود. ساير نيروهايي که با آنها سروکار داريم ناشي از نيروهاي اساسي طبيعت است. در طبيعت چهار نيروي اساسي گرانش، الکتروممغناطيسي، هسته اي ضعيف و هسته اي قوي شناخته شده است.  

گرانش

 طبق قانون جهاني گرانش، که نيوتن کاشف آن است، هرگاه دو جسم در فاصله اي از يکديگر قرار گيرند، نيرويي برهم وارد مي کنند که با حاصل ضرب جرم دو جسم متناسب است و با مجذور فاصله نسبت عکس دارد. اين نيرو خاصيت ذاتي ماده است و تجربه نشان داده، مستقل از خواص فيزيکي، شيميايي و محيطي همواره اعمال مي گردد. برد اين نيرو بي نهايت است.

 
نيروي الکترومغناطيسي

دو جسم که داراي بار الکتريکي باشند بر يکديگر نيرو وارد مي کنند. کولن تحت تاثير قانون جهاني گرانش نيوتن، مقدار نيرويي را که اجسام باردار بر يکديگر وارد مي کنند به طور رياضي بيان کرد که طبق آن، اين مقدار با حاصل ضرب بارها متناسب و با مجذور فاصله نسبت عکس دارد. کولن پس از ارائه قانون الکتريکي خود، در صدد تهيه قانوني براي نيروي مغناطيسي برآمد. وي براي نيروي مغناطيسي فرمولي مشابه با نيروي الکتريکي به دست آورد که مورد توجه فيزيک دانان واقع نشد. اما پس از کشف ارتباط متقابل ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي، مشخص شد که اين دو ميدان مستقل از هم نيستند و آن را نيروي الکترومغناطيسي مي نامند. برد اين نيرو نيز بينهايت است.

 
نيروي پر قدرت کوارک

نيروي قوي هسته اي که نيروي رنگ نيز ناميده مي شود، از جدا شدن بيش از حد کوارک هاي هسته از يکديگر و يا حتي از پرت شدن آنها به خارج جلوگيري مي کند. نيروي پر قدرت کوارک يا نيروق قوي، از طريق ذرات مبادله کننده يا به اصطلاح گلئون ها انتقال مي يابد که بين کوارک ها در پرواز هستند. اين نيرو مانند چسب پيوستگي بين کوارک ها را تضمين مي کند، به همين دليل براي آنها از کلمه گلئون به معناي چسب استفاده مي شود. نيروي هسته اي که پروتون ها و نوترون ها را در هسته اتم به هم پيوسته نگاه مي دارد در واقع نيروي بنيادي نيست بلکه نيرويي است که از نيروي رنگ کوارک ها(يعني قويترين نيرويي که به آن اشاره شد) به دست مي آيد. برد اين نيرو بسيار کوتاه است و در خارج از ساختمان اتم بي اثر است.

 نيروي ضعيف

بسياري از ذرات نسبت به هيچ يک از دو نيروي ياد شده در بالا يعني نيروي قوي و نيروي الکترومغناطيسي واکنش نشان نمي دهند. از آن ميان ذراتي هستند که فاقد بار الکتريکي و رنگ هستند. براي اين گونه ذرات يک نيروي بنيادي ديگر وجود دارد که در فاصله هاي خيلي کم اثر مي کند و عامل واپاشي عناصر راديو آکتيو است.

يکسان سازي نيروها

بسياري از فيزيک دانان ازجمله فاراده و پلانک اعتقاد داشتند نيروهاي گرانشي و الکترومغناطيسي تشابه بسيار زيادي به يکديگر دارند و احتمالا رابطه ي مشابهي نظير آنچه که بين نيروهاي الکتريکي و مغناطيسي وجود دارد، بين گرانش و نيروي الکترومغناطيسي نيز برقرار است. آلبرت اينشتين نيز بسيار تلاش کرد که اين دو نيرو را در يک نيروي اوليه خلاصه کند. اما موفق نشد. البته در زمان اينشتين نيروهاي مهم و مطرح همين دو نيروي گرانشي و الکترومغناطيسي بود.

امروزه فيزيک دانان موفق شده اند نشان دهند که در انرژي هاي بسيار بالا، تفاوت بين نيروي الکترومغناطيسي و نيروي ضعيف از بين مي رود و امکان دارد که در انرژي های خيلي بالاتر، تفاوت بين نيروي قوي و نيروي ضعيف و همچنين تفاوت بين «لپتون ها» و «کواراک ها» نيز از بين برود، به گونه اي که فقط يک ذره اوليه و يک نيروي اوليه وجود داشته باشد. چنين روابطي را حتي با بزرگترين شتابدهنده ها نيز نمي توان برقرارکرد ولي «وحدت نيروها» احتمالاَ مدت بسيار کوتاهي پس از انفجار بزرگ وجود داشته بود. يعني زماني که هنوز تمام کيهان به صورت يک گوي آتشين فوق فشرده و داراي انرژي عظيمي بود. در قلمرو کوچکترين ها، هنوز مطالب قابل پژوهش زيادي وجود دارد. مثلا فيزيکدانان قرن 21 مي توانند اين پرسش را مطرح کنند که آيا کوارک ها و الکترون ها هم از ذرات کوچکتري ساخته شده اند؟

 ذرات تبادلي

نخستين گام براي توجيه نيروهاي هسته اي قوي در سال 1932 توسط هايزنبرگ برداشته شد. وي نظر داد که پروتون ها به وسيله نيروهاي تبادلي در کنار يکديگر قرار مي گيرند. به اين ترتيب مي توان تصور کرد که دو ذره، به تبادل ذره ي سوم که ذره تبادلي ناميده مي شود، مي پردازند. ذره ي تبادلي دو ذره را به سوي هم مي راند. طبق نظريه هايزنبرگ، همه ي نيروهاي جاذبه و دافعه نتيجه ي ذرات تبادلي هستند. در مورد جاذبه و دافعه الکترومغناطيسي، ذره ي تبادلي فوتون است. لازم به ذکر است که فيزيک دانان به وجود دو نوع فوتون اعتقاد دارند، يکي فوتون هاي حقيقي که قابل مشاهده هستند و ديگري فوتون هاي مجازي است که نمي توان آنها را مشاهده کرد. فوتون مجازي نيز با سرعت نور حرکت مي کند. فوتون هاي مجازي نتيجه ي اصل عدم قطعيت هستند.

چاپ دوم، به انضمام فناوری نانو

کتابی برای همه ی نسل ها و همه ی کتابخانه ها

لینک مستقیم خرید کتاب

عطف به عتف - نگاهی به پژوهش و ISI در ایران

امید عمومی - نامه به ریاست جمهوری

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آخرین مقالات