القوى الرئيسية للكون. القوى الأساسية 4 قوى أساسية

هناك العديد من أنواع القوى المختلفة في الطبيعة: الجاذبية ، والجاذبية ، ولورنتز ، والأمبير ، وتفاعل الشحنات الثابتة ، وما إلى ذلك ، ولكن جميعها تنحصر في النهاية إلى عدد صغير من التفاعلات الأساسية (الأساسية). تعتقد الفيزياء الحديثة أن هناك أربعة أنواع فقط من القوى أو أربعة أنواع من التفاعلات في الطبيعة:

1) تفاعل الجاذبية (يتم من خلال مجالات الجاذبية) ؛

2) التفاعل الكهرومغناطيسي (يتم من خلال المجالات الكهرومغناطيسية) ؛

3) نووي (أو قوي) (يوفر اتصال الجسيمات في النواة) ؛

4) ضعيفة (مسؤولة عن اضمحلال الجسيمات الأولية).

في إطار الميكانيكا الكلاسيكية ، يتعاملون مع قوى الجاذبية والقوى الكهرومغناطيسية ، بالإضافة إلى القوى المرنة والاحتكاكية.

1. قوة الجاذبية... هذه هي القوة التي ينجذب بها جسمان ماديان إلى بعضهما البعض. تعتمد قوة الجاذبية على المسافة ونقطتي مادتين مع كتلتين ر 1و ر 2على مسافة صمن بعضها البعض ، معبراً عنها بالمساواة

F \u003d G م 1 م 2 / ص 2, (3)

أين جي- ثابت الجاذبية (في SI جي\u003d 6.673 10-11 م 3 / كجم ث 2).

2. الجاذبية... إنها قوة ثابتة , يعمل على أي جسم قريب من سطح الأرض. من الواضح أن هذه القوة هي حالة خاصة لقوة الجاذبية العامة

F T \u003d G مم / ص 2 ،(4)

أين م - كتلة الجسم، م و ر- كتلة ونصف قطر الأرض. الكمية

ز \u003d G M / R 2

مسمى تسارع السقوط الحر... ثم

F T \u003d ملغ. (5)

الجاذبية ، مثل الحجم زيتغير مع التغير في خط العرض والارتفاع فوق مستوى سطح البحر ، بينما تكون الكتلة ثابتة لجسم معين. عند حل معظم المشاكل ، من المفترض ز \u003d9.8 م / ث 2.

من أجل التحديد التجريبي لكتلة جسم معين ، يمكن للمرء أن ينطلق من المساواة (1) ، حيث تدخل الكتلة كمقياس للقصور الذاتي وبالتالي تسمى الكتلة الخاملة. ومع ذلك ، يمكن للمرء أيضًا أن ينطلق من المساواة (4) ، حيث تدخل الكتلة كمقياس لخصائص الجاذبية للجسم وتسمى ، على التوالي ، كتلة الجاذبية. من حيث المبدأ ، لا ينتج من أي مكان أن كتل القصور الذاتي والجاذبية هي نفس الكمية. ومع ذلك ، فقد أثبت عدد من التجارب أن قيم كلا الكتلتين تتوافق مع درجة عالية جدًا من الدقة. لذلك ، في الميكانيكا ، يستخدمون مصطلحًا واحدًا "كتلة" ، لتعريف الكتلة كمقياس كمي لخمول الجسم وخصائص الجاذبية.

3. وزن الجسم... هذه هي القوة ص، الذي يعمل به الجسم على دعامة أو تعليق. يجب عدم الخلط بين وزن الجسم والجاذبية حيث يتم تطبيقهما على أجسام مختلفة. بجانب، P \u003d F T \u003d mgفقط في حالة من الراحة أو حركة موحدة مستقيمة. عند حل المشاكل R ،عادة ما يتم العثور عليها وفقًا لقانون نيوتن الثالث.

4. قوة مرنة.

تنشأ هذه القوة نتيجة تفاعل الأجسام المصحوبة بتشوهها. يتناسب مع مقدار التشوه وموجه ضد التشوه.

على وجه الخصوص ، ل قوى الربيع

F \u003d ك , (7)

أين هو امتداد (أو ضغط) الربيع ، ك -معامل صلابة الزنبرك (في SI تقاس بـ N / m).

قوة رد الفعل الداعمة.يتم توجيهه على طول المعتاد العادي لأسطح الأجسام الملامسة عند نقطة تماسها ويتم تطبيقه في هذه المرحلة (الشكل 6 أ). عندما يكون أحد الأسطح الملامسة نقطة (الشكل 6 ، ب) ، يتم توجيه التفاعل على طول السطح الطبيعي إلى السطح الآخر.

الشكل 6 الشكل 7

شد الخيط ... موجه على طول الخيط إلى نقطة تعليقه(الشكل 7).

5. قوة الإحتكاك... حتى دعا قريبا انزلاق الاحتكاك ، يعمل (في حالة عدم وجود مواد تشحيم سائلة) على جسم متحرك. يتم تحديد معاملها من خلال المساواة

أين µ - معامل الاحتكاك ، والذي غالبًا ما يعتبر ثابتًا. ن- رد فعل طبيعي. موجه ضد حركة المرور.

6. قوة الاحتكاك الساكنة هي قوة تعمل بين أجسام ملامسة في حالة الراحة ، متساوية في الحجم وموجهة بشكل معاكس للقوة التي تجبر الجسم على التحرك.

قبل حدوث الانزلاق ، يمكن أن يكون لقوة الاحتكاك الساكن أي اتجاه وتأخذ أي قيمة من الصفر إلى بعض القيم القصوى التي يحدث عندها الانزلاق: .

تسمى قوة الاحتكاك عند السكون ، التي تساوي في المقدار القوة الخارجية ، والتي يبدأ عندها جسم معين في الانزلاق على سطح آخر أقصى قوة للاحتكاك في حالة السكون.

أثبت الفيزيائيان الفرنسيان جي أمونتون وس. كولوم أن: القوة القصوى للاحتكاك في حالة السكون تتناسب مع قوة رد فعل الدعم (الضغط الطبيعي) ولا تعتمد على منطقة التلامس في أجسام الاحتكاك

أين م 0 - معامل الاحتكاك عند السكون ، يعتمد على الطبيعة الفيزيائية للأجسام الملامسة و

7. قوة الاحتكاك المتداول. عندما يتدحرج جسم على سطح آخر ، تنشأ قوة خاصة - قوة الاحتكاك المتداول ، والتي تمنع الجسم من التدحرج. تكون قوة التدحرج مع نفس المواد للأجسام الملامسة دائمًا أقل من قوة الانزلاق. يستخدم هذا في الممارسة العملية ، واستبدال المحامل العادية بمحامل كروية أو أسطوانية. تم إنشاء القلادة بشكل تجريبي لأسطوانة متدحرجة نصف قطرها R: ، حيث m K هو معامل الاحتكاك المتداول ، وتقل قيمته مع زيادة صلابة المادة وخشونة سطحها. للحصول على حافة المتداول.

8. قوة الاحتكاك اللزج... هذه القوة ، اعتمادًا على السرعة ، تعمل على الجسم عندما يتحرك ببطء في وسط شديد اللزوجة (أو في وجود مادة تشحيم سائلة) ويمكن التعبير عنها بالمساواة

R \u003d ،(8)

أين υ - سرعة الجسم - معامل السحب.

9. القوة الهوائية المقاومة (الهيدروديناميكية). تعتمد هذه القوة أيضًا على السرعة وتعمل على جسم يتحرك في وسط مثل الهواء أو الماء. عادة ما يتم التعبير عن قيمتها من خلال المساواة

R \u003d 0.5c x Sυ 2 ،

أين كثافة الوسط ؛ س- منطقة إسقاط الجسم على المستوى المتعامد مع اتجاه الحركة (منطقة القسم) ، مع x- معامل السحب عديم الأبعاد ، عادة ما يتم تحديده تجريبياً ويعتمد على شكل الجسم وكيفية توجيهه أثناء الحركة.

يتم تحديد القوى المرنة والاحتكاكية من خلال طبيعة التفاعل بين جزيئات المادة ، والتي لها أصل كهرومغناطيسي. لذلك ، فهي بطبيعتها كهرومغناطيسية في الأصل. تعتبر قوى الجاذبية والقوى الكهرومغناطيسية أساسية - لا يمكن اختزالها إلى قوى أخرى أبسط. القوى المرنة والاحتكاكية ليست أساسية.

2.3 تحولات جاليليو.

تعمل التطورات الحديثة في فيزياء الطاقة العالية على تعزيز فكرة أن تنوع خصائص الطبيعة يرجع إلى تفاعل الجسيمات الأولية. يبدو أنه من المستحيل إعطاء تعريف غير رسمي للجسيم الأولي ، لأننا نتحدث عن العناصر الأساسية للمادة. على المستوى النوعي ، يمكننا القول أن الأشياء المادية التي لا تحتوي على أجزاء مكونة تسمى بحق الجسيمات الأولية.
من الواضح أن مسألة الطبيعة الأولية للأشياء المادية هي أولاً وقبل كل شيء سؤال تجريبي. على سبيل المثال ، تم إثبات أن الجزيئات والذرات والنواة الذرية لها بنية داخلية تشير إلى وجود الأجزاء المكونة لها. لذلك ، لا يمكن اعتبارها جسيمات أولية. في الآونة الأخيرة ، تم اكتشاف أن الجسيمات مثل الميزونات والباريونات لها أيضًا بنية داخلية ، وبالتالي فهي ليست أولية. في الوقت نفسه ، لم يتم ملاحظة التركيب الداخلي للإلكترون ، وبالتالي ، يمكن أن يعزى إلى الجسيمات الأولية. مثال آخر على الجسيم الأولي هو كمية الضوء - الفوتون.
تشير البيانات التجريبية الحديثة إلى أنه لا يوجد سوى أربعة أنواع مختلفة نوعيًا من التفاعلات التي تشارك فيها الجسيمات الأولية. تسمى هذه التفاعلات الأساسية ، أي الأساسية ، الأولية ، الأولية. إذا أخذنا في الاعتبار جميع الخصائص المتنوعة للعالم من حولنا ، يبدو من المدهش تمامًا أنه في الطبيعة لا يوجد سوى أربعة تفاعلات أساسية مسؤولة عن جميع ظواهر الطبيعة.
بالإضافة إلى الاختلافات النوعية ، تختلف التفاعلات الأساسية من الناحية الكمية في قوة التأثير ، والتي تتميز بالمصطلح الشدة... مع زيادة الشدة ، يتم ترتيب التفاعلات الأساسية بالترتيب التالي: الجاذبية ، والضعيفة ، والكهرومغناطيسية ، والقوية. يتميز كل من هذه التفاعلات بمعامل مقابل يسمى ثابت الاقتران ، وتحدد القيمة العددية له شدة التفاعل.
كيف تقوم الأشياء المادية بالتفاعلات الأساسية مع بعضها البعض؟ على المستوى النوعي ، الجواب على هذا السؤال هو كما يلي. يتم نقل التفاعلات الأساسية بواسطة الكم. في هذه الحالة ، في المجال الكمومي ، تتوافق التفاعلات الأساسية مع الجسيمات الأولية المقابلة ، والتي تسمى الجسيمات الأولية - ناقلات التفاعلات. في عملية التفاعل ، يصدر جسم مادي جسيمات - حوامل للتفاعل ، يمتصها جسم مادي آخر. يؤدي هذا إلى حقيقة أن الأشياء تبدو وكأنها تشعر ببعضها البعض ، وطاقتها ، وطبيعة الحركة ، وتغيير الحالة ، أي أنها تتعرض للتأثير المتبادل.
في فيزياء الطاقة العالية الحديثة ، أصبحت فكرة الجمع بين التفاعلات الأساسية مهمة بشكل متزايد. وفقًا لأفكار التوحيد ، لا يوجد سوى تفاعل أساسي واحد في الطبيعة ، والذي يتجلى في مواقف محددة على أنها جاذبية ، أو ضعيفة ، أو كهرومغناطيسية ، أو قوية ، أو مزيج منها. كان التنفيذ الناجح لأفكار التوحيد هو إنشاء النظرية الموحدة الموحدة الآن للتفاعلات الكهرومغناطيسية والتفاعلات الضعيفة. يجري العمل على تطوير نظرية موحدة للتفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية ، تسمى نظرية التوحيد الكبير. تجري محاولات لإيجاد مبدأ الجمع بين جميع التفاعلات الأساسية الأربعة. سننظر بالتسلسل في المظاهر الرئيسية للتفاعلات الأساسية.

تفاعل الجاذبية

هذا التفاعل عالمي ، كل أنواع المادة ، كل كائنات الطبيعة ، كل الجسيمات الأولية تشارك فيه! النظرية الكلاسيكية (غير الكمومية) المقبولة عمومًا للتفاعل الثقالي هي النظرية النسبية العامة لأينشتاين. تحدد الجاذبية حركة الكواكب في الأنظمة النجمية ، وتلعب دورًا مهمًا في العمليات التي تحدث في النجوم ، وتتحكم في تطور الكون ، وتتجلى في الظروف الأرضية كقوة جذب متبادل. بالطبع ، قمنا بإدراج عدد قليل من الأمثلة من القائمة الضخمة لتأثيرات الجاذبية.
وفقًا للنسبية العامة ، ترتبط الجاذبية بانحناء الزمكان ويتم وصفها من حيث ما يسمى الهندسة الريماني. في الوقت الحاضر ، تتوافق جميع البيانات التجريبية والرصدية حول الجاذبية مع إطار النظرية العامة للنسبية. ومع ذلك ، لا توجد بشكل أساسي بيانات عن مجالات الجاذبية القوية ، لذا فإن الجوانب التجريبية لهذه النظرية تحتوي على العديد من الأسئلة. أدى هذا الموقف إلى ظهور نظريات بديلة مختلفة للجاذبية ، والتي لا يمكن تمييز تنبؤاتها عمليًا عن تنبؤات النسبية العامة للتأثيرات الفيزيائية في النظام الشمسي ، ولكنها تؤدي إلى عواقب مختلفة في مجالات الجاذبية القوية.
إذا أهملنا جميع التأثيرات النسبية وحصرنا أنفسنا في مجالات الجاذبية الثابتة الضعيفة ، فإن النظرية العامة للنسبية تنحصر في نظرية نيوتن في الجاذبية العامة. في هذه الحالة ، كما هو معروف ، تُعطى الطاقة الكامنة للتفاعل بين جسيمتين نقطيتين مع كتلتي m 1 و m 2 من خلال العلاقة

حيث r هي المسافة بين الجسيمات ، G هو ثابت الجاذبية النيوتوني ، الذي يلعب دور ثابت تفاعل الجاذبية. توضح هذه العلاقة أن طاقة التفاعل المحتمل V (r) ليست صفرية لأي r محدودة وتنخفض إلى الصفر ببطء شديد. لهذا السبب ، يقال أن تفاعل الجاذبية طويل المدى.
من بين العديد من التنبؤات الفيزيائية للنسبية العامة ، نلاحظ ثلاثة. ثبت نظريًا أن اضطرابات الجاذبية يمكن أن تنتشر في الفضاء على شكل موجات ، تسمى موجات الجاذبية. إن انتشار اضطرابات الجاذبية الضعيفة يشبه من نواح كثيرة الموجات الكهرومغناطيسية. سرعتهم تساوي سرعة الضوء ، ولديهم حالتان من الاستقطاب ، وتتميزان بظاهرة التداخل والحيود. ومع ذلك ، نظرًا للتفاعل الضعيف للغاية لموجات الجاذبية مع المادة ، فإن ملاحظتهم التجريبية المباشرة لم تكن ممكنة بعد. ومع ذلك ، تشير بيانات بعض الملاحظات الفلكية حول فقدان الطاقة في أنظمة النجوم الثنائية إلى احتمال وجود موجات ثقالية في الطبيعة.
تُظهر دراسة نظرية لظروف التوازن للنجوم في إطار النسبية العامة أنه في ظل ظروف معينة ، يمكن للنجوم الضخمة بما يكفي أن تبدأ في الانهيار بشكل كارثي. اتضح أن هذا ممكن في مراحل متأخرة من تطور النجم ، عندما يكون الضغط الداخلي الناجم عن العمليات المسؤولة عن لمعان النجم غير قادر على موازنة ضغط قوى الجاذبية التي تميل إلى ضغط النجم. نتيجة لذلك ، لم يعد من الممكن إيقاف عملية الضغط. تسمى الظاهرة الفيزيائية الموصوفة ، التي تم التنبؤ بها نظريًا في إطار النظرية العامة للنسبية ، بانهيار الجاذبية. أظهرت الدراسات أنه إذا أصبح نصف قطر النجم أقل مما يسمى نصف قطر الجاذبية

R g \u003d 2GM / c 2 ،

حيث M هي كتلة النجم ، و c هي سرعة الضوء ، ثم بالنسبة لمراقب خارجي ، يخرج النجم. لا يمكن لأي معلومات حول العمليات التي تحدث في هذا النجم أن تصل إلى مراقب خارجي. في هذه الحالة ، تعبر الأجسام التي تسقط على النجم بحرية نصف قطر الجاذبية. إذا كان المقصود بالراصد مثل هذا الجسم ، فلن يلاحظ أي شيء سوى تكثيف الجاذبية. وهكذا تنشأ منطقة من الفضاء يمكن دخولها ، ولكن لا يمكن أن يخرج منها شيء ، بما في ذلك شعاع الضوء. تسمى هذه المنطقة من الفضاء بالثقب الأسود. يعد وجود الثقوب السوداء أحد التنبؤات النظرية للنسبية العامة ، فبعض النظريات البديلة للجاذبية مبنية بطريقة تمنع هذا النوع من الظاهرة. في هذا الصدد ، فإن مسألة حقيقة الثقوب السوداء مهمة للغاية. حاليًا ، هناك بيانات رصد تشير إلى وجود ثقوب سوداء في الكون.
في إطار النظرية العامة للنسبية ، كان من الممكن لأول مرة صياغة مشكلة تطور الكون. وهكذا ، لا يصبح الكون ككل موضوعًا للتفكير التأملي ، بل يصبح موضوعًا لعلم الفيزياء. يُطلق على فرع الفيزياء ، الذي يكون موضوعه الكون ككل ، علم الكونيات. يعتبر الآن من الثابت أننا نعيش في كون متوسع.
تستند الصورة الحديثة لتطور الكون إلى فكرة أن الكون ، بما في ذلك سماته مثل المكان والزمان ، نشأ نتيجة لظاهرة فيزيائية خاصة تسمى الانفجار العظيم ، وهو يتوسع منذ ذلك الحين. وفقًا لنظرية تطور الكون ، يجب أن تزداد المسافات بين المجرات البعيدة بمرور الوقت ، ويجب أن يمتلئ الكون بأكمله بالإشعاع الحراري بدرجة حرارة تبلغ حوالي 3 كلفن. بيانات الملاحظات الفلكية. في الوقت نفسه ، تُظهر التقديرات أن عمر الكون ، أي الوقت المنقضي منذ الانفجار العظيم ، يبلغ حوالي 10 مليارات سنة. بالنسبة لتفاصيل الانفجار العظيم ، فهذه الظاهرة غير مدروسة جيدًا ويمكننا التحدث عن لغز الانفجار العظيم باعتباره تحديًا للعلوم الفيزيائية بشكل عام. ليس من المستبعد أن يكون تفسير آلية الانفجار العظيم مرتبطًا بقوانين الطبيعة الجديدة غير المعروفة حتى الآن. إن النظرة الحديثة المقبولة عمومًا لحل محتمل لمشكلة الانفجار العظيم تستند إلى فكرة الجمع بين نظرية الجاذبية وميكانيكا الكم.

فهم الجاذبية الكمومية

هل يمكن أن نتحدث عن المظاهر الكمية لتفاعل الجاذبية على الإطلاق؟ يُعتقد عمومًا أن مبادئ ميكانيكا الكم عالمية وقابلة للتطبيق على أي كائن مادي. بهذا المعنى ، فإن مجال الجاذبية ليس استثناءً. تظهر الدراسات النظرية أنه على المستوى الكمي ، يتم نقل تفاعل الجاذبية بواسطة جسيم أولي يسمى الجرافيتون. يمكن ملاحظة أن الجرافيتون عبارة عن بوزون عديم الكتلة مع لف مغزلي 2. يتم وصف التفاعل الثقالي بين الجسيمات الناتج عن تبادل الجرافيتون بشكل تقليدي على النحو التالي:

يصدر الجسيم الجرافيتون ، بسبب تغير حالة حركته. جسيم آخر يمتص الجرافيتون ويغير أيضًا حالة حركته. والنتيجة هي تأثير الجسيمات على بعضها البعض.
كما أشرنا بالفعل ، فإن ثابت الاقتران الذي يميز تفاعل الجاذبية هو الثابت النيوتوني G. ومن المعروف أن G هي كمية الأبعاد. من الواضح ، لتقدير كثافة التفاعل ، أنه من الملائم أن يكون لديك ثابت اقتران بلا أبعاد. للحصول على مثل هذا الثابت ، يمكنك استخدام الثوابت الأساسية: (ثابت بلانك) و c (سرعة الضوء) - وإدخال بعض الكتلة المرجعية ، على سبيل المثال ، كتلة البروتون m p. ثم سيكون ثابت الاقتران عديم الأبعاد لتفاعل الجاذبية

جم ص 2 / (ج) ~ 6 10-39 ،

وهو بالطبع صغير جدًا.
من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن الثوابت الأساسية G ، c يمكن استخدامها لبناء كميات لها أبعاد الطول والوقت والكثافة والكتلة والطاقة. تسمى هذه الكميات قيم بلانك. على وجه الخصوص ، يكون طول Planck l Pl ووقت Planck t Pl كما يلي:

يميز كل ثابت فيزيائي أساسي نطاقًا معينًا من الظواهر الفيزيائية: G - ظاهرة الجاذبية ، - الكم ، ج - النسبية. لذلك ، إذا كانت هناك علاقة ما تتضمن G ، c في وقت واحد ، فهذا يعني أن هذه العلاقة تصف ظاهرة هي في نفس الوقت جاذبية وكمية ونسبية. وبالتالي ، فإن وجود كميات بلانك يشير إلى احتمال وجود الظواهر المقابلة في الطبيعة.
بالطبع ، القيم العددية لـ l Pl و t Pl صغيرة جدًا مقارنة بالقيم المميزة للكميات في الكون الكبير. لكن هذا يعني فقط أن تأثيرات الجاذبية الكمية تظهر بشكل ضعيف. يمكن أن تكون مهمة فقط عندما تكون المعلمات المميزة قابلة للمقارنة مع قيم بلانك.
السمة المميزة لظاهرة العالم المجهري هي حقيقة أن الكميات الفيزيائية تخضع لما يسمى بالتقلبات الكمومية. هذا يعني أنه في قياسات متعددة لكمية مادية في حالة معينة ، من حيث المبدأ ، يجب الحصول على قيم عددية مختلفة ، بسبب التفاعل غير المنضبط للجهاز مع الكائن المرصود. لنتذكر أن الجاذبية مرتبطة بإظهار انحناء الزمكان ، أي بهندسة الزمكان. لذلك ، يجب على المرء أن يتوقع أنه في أوقات ترتيب t Pl والمسافات بترتيب l Pl ، يجب أن تصبح هندسة الزمكان كائنًا كميًا ، ويجب أن تتعرض الخصائص الهندسية لتقلبات كمومية. بعبارة أخرى ، على مقياس بلانك ، لا توجد هندسة ثابتة للزمكان والمكان ، بالمعنى المجازي ، الزمكان عبارة عن رغوة فقاعية.
لم يتم بناء نظرية كمية ثابتة للجاذبية. نظرًا للقيم الصغيرة للغاية لـ l Pl و t Pl ، يجب على المرء أن يتوقع أنه في أي مستقبل منظور لن يكون من الممكن إجراء تجارب تظهر فيها تأثيرات الجاذبية الكمية. لذلك ، تظل الدراسة النظرية لمسائل الجاذبية الكمية هي السبيل الوحيد للمضي قدمًا. ومع ذلك ، هل هناك ظواهر قد تكون فيها الجاذبية الكمية مهمة؟ نعم هناك ، وقد تحدثنا بالفعل عنهم. هذه هي انهيار الجاذبية والانفجار العظيم. وفقًا لنظرية الجاذبية الكلاسيكية ، يجب ضغط الجسم الخاضع لانهيار الجاذبية إلى حجم صغير عشوائيًا. هذا يعني أن حجمها يمكن أن يصبح قابلاً للمقارنة مع l Pl ، حيث لم تعد النظرية الكلاسيكية قابلة للتطبيق. بالطريقة نفسها ، خلال الانفجار العظيم ، كان عمر الكون مشابهًا لعصر t Pl وكان له أبعاد بترتيب l Pl. هذا يعني أن فهم فيزياء الانفجار العظيم أمر مستحيل في إطار النظرية الكلاسيكية. وبالتالي ، فإن وصف المرحلة النهائية لانهيار الجاذبية والمرحلة الأولى من تطور الكون لا يمكن تنفيذه إلا بمشاركة نظرية الكم للجاذبية.

تفاعل ضعيف

هذا التفاعل هو أضعف التفاعلات الأساسية التي لوحظت تجريبياً في اضمحلال الجسيمات الأولية ، حيث تكون التأثيرات الكمومية ضرورية. تذكر أن المظاهر الكمية لتفاعل الجاذبية لم تُلاحظ أبدًا. يتم تمييز التفاعل الضعيف باستخدام القاعدة التالية: إذا شارك جسيم أولي يسمى نيوترينو (أو مضاد نيوترينو) في التفاعل ، يكون هذا التفاعل ضعيفًا.

المثال النموذجي للتفاعل الضعيف هو اضمحلال بيتا للنيوترون

N p + e - + e ،

حيث n نيوترون ، p بروتون ، e إلكترون ، e هو إلكترون مضاد نيترينو. ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن القاعدة المذكورة أعلاه لا تعني على الإطلاق أن أي فعل من التفاعلات الضعيفة يجب أن يكون مصحوبًا بالنيوترينوات أو مضادات النيترينو. من المعروف أن عددًا كبيرًا من التحلل عديم النيوترينات يحدث. على سبيل المثال ، يمكننا ملاحظة عملية تحلل لامدا-هايبرون إلى بروتون ص وبايون سالب الشحنة π -. وفقًا للمفاهيم الحديثة ، فإن النيوترون والبروتون ليسا جسيمات أولية حقًا ، لكنهما يتكونان من جسيمات أولية تسمى الكواركات.
تتميز شدة التفاعل الضعيف بثابت اقتران فيرمي G F. الثابت GF هو الأبعاد. لتكوين كمية بلا أبعاد ، من الضروري استخدام بعض الكتلة المرجعية ، على سبيل المثال ، كتلة البروتون m p. ثم سيكون ثابت اقتران بلا أبعاد

GF · m · 2 ~ 10 -5.

من الواضح أن التفاعل الضعيف يكون أكثر كثافة من التفاعل الثقالي.
التفاعل الضعيف ، على عكس الجاذبية ، هو قصير المدى. هذا يعني أن التفاعل الضعيف بين الجسيمات لا يسري إلا إذا كانت الجسيمات قريبة بما يكفي من بعضها البعض. إذا تجاوزت المسافة بين الجسيمات قيمة معينة ، تسمى نصف القطر المميز للتفاعل ، فإن التفاعل الضعيف لا يظهر نفسه. لقد ثبت تجريبياً أن نصف القطر المميز للتفاعل الضعيف يتراوح من 10 إلى 15 سم ، أي أن التفاعل الضعيف يتركز على مسافات أقل من أبعاد النواة الذرية.
لماذا نتحدث عن ضعف التفاعل كشكل مستقل من التفاعلات الأساسية؟ الجواب بسيط. لقد ثبت أن هناك عمليات تحول للجسيمات الأولية لا يتم اختزالها إلى تفاعلات جاذبية وكهرومغناطيسية وقوية. مثال جيد يوضح أن هناك ثلاثة تفاعلات مختلفة نوعيا في الظواهر النووية يرتبط بالنشاط الإشعاعي. تشير التجارب إلى وجود ثلاثة أنواع مختلفة من النشاط الإشعاعي: - و - و - التحلل الإشعاعي. في هذه الحالة ، -decay يرجع إلى تفاعل قوي ، -decay- كهرومغناطيسي. لا يمكن تفسير الانحلال المتبقي بالتفاعلات الكهرومغناطيسية والقوية ، ونحن مضطرون لقبول أن هناك تفاعل أساسي آخر يسمى الضعيف. في الحالة العامة ، ترجع الحاجة إلى إدخال تفاعل ضعيف إلى حقيقة أن العمليات تحدث في الطبيعة حيث تحظر قوانين الحفظ التحلل الكهرومغناطيسي والقوي.
على الرغم من أن التفاعل الضعيف يتركز بشكل أساسي داخل النواة ، إلا أنه يحتوي على بعض المظاهر العيانية. كما لاحظنا بالفعل ، فهو مرتبط بعملية النشاط الإشعاعي. بالإضافة إلى ذلك ، يلعب التفاعل الضعيف دورًا مهمًا في ما يسمى بالتفاعلات النووية الحرارية ، المسؤولة عن آلية إطلاق الطاقة في النجوم.
الخاصية الأكثر إثارة للدهشة للتفاعل الضعيف هي وجود عمليات يظهر فيها عدم تناسق المرآة. للوهلة الأولى ، يبدو واضحًا أن الاختلاف بين مفهومي اليسار واليمين عشوائي. في الواقع ، عمليات الجاذبية والتفاعلات الكهرومغناطيسية والقوية ثابتة فيما يتعلق بالانعكاس المكاني ، الذي ينفذ الانعكاس المرآوي. يقولون أنه في مثل هذه العمليات يتم الحفاظ على التكافؤ المكاني P. ومع ذلك ، فقد ثبت تجريبيًا أن العمليات الضعيفة يمكن أن تستمر في عدم حفظ التكافؤ المكاني ، وبالتالي يبدو أنهم يشعرون بالفرق بين اليسار واليمين. في الوقت الحاضر ، هناك دليل تجريبي قوي على أن عدم الحفاظ على التكافؤ في التفاعلات الضعيفة هو أمر عام ؛ وهو يتجلى ليس فقط في تحلل الجسيمات الأولية ، ولكن أيضًا في الظواهر النووية وحتى الذرية. يجب أن ندرك أن عدم التماثل المرآة هو خاصية للطبيعة على المستوى الأساسي.
بدا عدم الحفاظ على التكافؤ في التفاعلات الضعيفة أمرًا غير معتاد لدرجة أنه فور اكتشافه ، حاول المنظرون إظهار أنه في الواقع يوجد تناظر كامل بين اليسار واليمين ، إلا أنه له معنى أعمق مما كان يُعتقد سابقًا. يجب أن يكون الانعكاس المرآوي مصحوبًا باستبدال الجسيمات بجسيمات مضادة (اقتران الشحنة C) ، ومن ثم يجب أن تكون جميع التفاعلات الأساسية ثابتة. ومع ذلك ، تبين لاحقًا أن هذا الثبات ليس عالميًا. هناك تحلل ضعيف لما يسمى بالكاونات المحايدة طويلة العمر إلى بيونات π + ، π - ، وهي ممنوعة إذا حدث الثبات المشار إليه بالفعل. وبالتالي ، فإن الخاصية المميزة للتفاعل الضعيف هي عدم تباين CP الخاص به. من الممكن أن تكون هذه الخاصية مسؤولة عن حقيقة أن المادة في الكون تسود بشكل كبير على المادة المضادة المبنية من الجسيمات المضادة. العالم والعالم المضاد غير متكافئين.
كان السؤال حول أي الجسيمات حاملة للتفاعل الضعيف غير واضح لفترة طويلة. تم تحقيق الفهم مؤخرًا نسبيًا في إطار النظرية الموحدة للتفاعلات الكهروضعيفة - نظرية واينبرغ - سلام - غلاشو. من المقبول الآن بشكل عام أن ناقلات التفاعل الضعيف هي ما يسمى بوزونات W ± و Z 0. هذه هي جسيمات W ± المشحونة والجسيمات الأولية Z 0 المحايدة مع دوران 1 وكتلات متساوية في الترتيب من حيث الحجم إلى 100 m p.

التفاعل الكهرومغناطيسي

تشارك جميع الأجسام المشحونة ، وجميع الجسيمات الأولية المشحونة في التفاعل الكهرومغناطيسي. بهذا المعنى ، فهي عالمية تمامًا. النظرية الكلاسيكية للتفاعل الكهرومغناطيسي هي الديناميكا الكهربائية ماكسويلية. تؤخذ شحنة الإلكترون e على أنها ثابت اقتران.
إذا أخذنا في الاعتبار شحنتين من نقطة السكون q 1 و q 2 ، فسيتم تقليل تفاعلهما الكهرومغناطيسي إلى القوة الكهروستاتيكية المعروفة. هذا يعني أن التفاعل طويل المدى ويقل ببطء مع زيادة المسافة بين الشحنات.
إن المظاهر الكلاسيكية للتفاعل الكهرومغناطيسي معروفة جيدًا ولن نتطرق إليها. من وجهة نظر نظرية الكم ، فإن الناقل للتفاعل الكهرومغناطيسي هو فوتون جسيم أولي - بوزون عديم الكتلة مع الدوران 1. يتم وصف التفاعل الكهرومغناطيسي الكمي بين الشحنات تقليديًا على النحو التالي:

يصدر الجسيم المشحون فوتونًا تتغير فيه حالة حركته. يمتص جسيم آخر هذا الفوتون ويغير أيضًا حالة حركته. نتيجة لذلك ، يبدو أن الجسيمات تشعر بوجود بعضها البعض. من المعروف أن الشحنة الكهربائية هي كمية ذات أبعاد. من الملائم إدخال ثابت اقتران بلا أبعاد للتفاعل الكهرومغناطيسي. للقيام بذلك ، يجب عليك استخدام الثوابت الأساسية و c. نتيجة لذلك ، نصل إلى ثابت اقتران بلا أبعاد التالي ، والذي يسمى في الفيزياء الذرية ثابت البنية الدقيقة α \u003d e 2 / c ≈ 1/137.

من السهل أن نرى أن هذا الثابت أعلى بكثير من ثوابت الجاذبية والتفاعلات الضعيفة.
من وجهة نظر حديثة ، التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة هي جوانب مختلفة لتفاعل واحد ضعيف كهربائي. تم إنشاء نظرية موحدة للتفاعل الكهرومغناطيسي - نظرية Weinberg-Salam-Glashow ، والتي تشرح جميع جوانب التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة من وجهة نظر موحدة. هل من الممكن أن نفهم على المستوى النوعي كيف يحدث تقسيم التفاعل الموحد إلى تفاعلات منفصلة ، كما كانت ، مستقلة؟
طالما أن الطاقات المميزة صغيرة بما يكفي ، فإن التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة منفصلة ولا تؤثر على بعضها البعض. مع زيادة الطاقة ، يبدأ تأثيرها المتبادل ، وعند الطاقات العالية بما فيه الكفاية ، تندمج هذه التفاعلات في تفاعل كهربائي ضعيف واحد. تقدر طاقة التوحيد المميزة بالترتيب من حيث الحجم كـ 10 2 GeV (يتم اختصار GeV من gigaelectron-volt ، 1 GeV \u003d 10 9 eV ، 1 eV \u003d 1.6 · 10 -12 erg \u003d 1.6 · 10 19 J). للمقارنة ، نلاحظ أن الطاقة المميزة للإلكترون في الحالة الأرضية لذرة الهيدروجين هي من 10 إلى 8 جيجا إلكترون فولت ، وطاقة الارتباط المميزة لنواة الذرة هي من 10-2 جيجا إلكترون فولت ، و تتراوح طاقة الارتباط المميزة للمادة الصلبة من 10 إلى 10 جي في. وبالتالي ، فإن الطاقة المميزة للجمع بين التفاعلات الكهرومغناطيسية والتفاعلات الضعيفة هائلة بالمقارنة مع الطاقات المميزة في الفيزياء الذرية والنووية. لهذا السبب ، لا تظهر التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة جوهرها الفردي في الظواهر الفيزيائية العادية.

تفاعل قوي

التفاعلات القوية هي المسؤولة عن استقرار النوى الذرية. نظرًا لأن النوى الذرية لمعظم العناصر الكيميائية مستقرة ، فمن الواضح أن التفاعل الذي يمنعها من التحلل يجب أن يكون قويًا بدرجة كافية. من المعروف أن النوى تتكون من البروتونات والنيوترونات. لمنع البروتونات الموجبة الشحنة من التشتت في اتجاهات مختلفة ، من الضروري وجود قوى جذب فيما بينها ، والتي تتجاوز قوى التنافر الكهروستاتيكي. إن التفاعل القوي هو المسؤول عن هذه القوى الجذابة.
السمة المميزة للتفاعل القوي هي استقلالية الشحن. إن قوى التجاذب النووية بين البروتونات والنيوترونات وبين البروتون والنيوترون هي نفسها في الأساس. ومن ثم فإنه يترتب على ذلك من وجهة نظر التفاعلات القوية أن البروتون والنيوترون لا يمكن تمييزهما ويستخدم مصطلح واحد لهما نيوكليون، أي جسيم النواة.

يمكن توضيح المقياس المميز للتفاعل القوي من خلال النظر في نوكليونات في حالة سكون. تؤدي النظرية إلى الطاقة الكامنة لتفاعلهم في شكل إمكانات يوكاوا

حيث تتطابق القيمة r 0 -10 -13 cm وترتيبها من حيث الحجم مع الحجم المميز للنواة ، ز هو ثابت الاقتران للتفاعل القوي. توضح هذه العلاقة أن التفاعل القوي قصير المدى ، وفي جوهره ، يتركز تمامًا على مسافات لا تتجاوز الحجم المميز للنواة. بالنسبة لـ r\u003e r 0 ، يختفي عمليا. أحد المظاهر العيانية المعروفة للتفاعل القوي هو تأثير النشاط الإشعاعي. ومع ذلك ، يجب ألا يغيب عن البال أن إمكانات Yukawa ليست خاصية عالمية للتفاعل القوي ولا تتعلق بجوانبها الأساسية.
حاليًا ، توجد نظرية كمومية للتفاعل القوي ، تسمى الديناميكا اللونية الكمومية. وفقًا لهذه النظرية ، فإن ناقلات التفاعل القوي هي جسيمات أولية - غلوونات. وفقًا للمفاهيم الحديثة ، فإن الجسيمات التي تشارك في تفاعلات قوية وتسمى الهادرونات تتكون من جسيمات أولية - كواركات.
الكواركات تدور 1/2 فرميونات بكتلة غير صفرية. أكثر خصائص الكواركات إثارة للدهشة هي شحنتها الكهربائية الجزئية. تتكون الكواركات من ثلاثة أزواج (ثلاثة أجيال من التوائم المزدوجة) ، يُشار إليها على النحو التالي:

ش	ج
د	س	ب

عادة ما يطلق على كل نوع من أنواع الكوارك اسم النكهة ، لذلك هناك ستة نكهات للكوارك. في هذه الحالة ، u- ، c- ، t- كواركات لها شحنة كهربائية 2/3 | e | و d- و s- و b-quarks - الشحنة الكهربائية -1/3 | e | حيث شحنة الإلكترون الإلكتروني. بالإضافة إلى ذلك ، هناك ثلاثة كواركات لنكهة معينة. تتميز برقم كمي يسمى اللون وتأخذ ثلاث قيم: الأصفر والأزرق والأحمر. كل كوارك يتوافق مع الكوارك المضاد ، الذي له شحنة كهربائية معاكسة بالنسبة لكوارك معين وما يسمى مضاد اللون: مضاد للأصفر ، مضاد للأزرق ، مضاد للأحمر. مع الأخذ في الاعتبار عدد النكهات والألوان ، نرى أن هناك 36 كواركات وكواركات مضادة في المجموع.
تتفاعل الكواركات مع بعضها البعض من خلال تبادل ثمانية غلوونات ، وهي بوزونات سينية عديمة الكتلة ، وخلال التفاعل يمكن أن تتغير ألوان الكواركات. في هذه الحالة ، يتم وصف التفاعل القوي تقليديًا على النحو التالي:

الكوارك ، وهو جزء من الهادرون ، يصدر غلوون ، بسبب تغير حالة حركة الهادرون. يتم امتصاص هذا الغلوون بواسطة كوارك ، وهو جزء من هادرون آخر ، ويغير حالة حركته. نتيجة لذلك ، هناك تفاعل بين الهادرونات على بعضها البعض.
يتم ترتيب الطبيعة بطريقة تجعل تفاعل الكواركات يؤدي دائمًا إلى تكوين حالات محدودة عديمة اللون ، وهي على وجه التحديد هادرونات. على سبيل المثال ، يتكون البروتون والنيوترون من ثلاثة كواركات: p \u003d uud ، n \u003d udd. الفاوانيا π - يتكون من كوارك u و antiquark: π - \u003d u. السمة المميزة لتفاعل الكوارك والكوارك من خلال الغلوونات هي أنه مع انخفاض المسافة بين الكواركات ، يضعف تفاعلها. تسمى هذه الظاهرة الحرية المقاربة وتؤدي إلى حقيقة أن الكواركات داخل الهادرونات يمكن اعتبارها جسيمات حرة. تتبع الحرية المقاربة بشكل طبيعي من الديناميكا اللونية الكمومية. هناك مؤشرات تجريبية ونظرية على أنه مع زيادة المسافة يجب أن يزداد التفاعل بين الكواركات ، مما يجعله مواتًا بقوة للكواركات أن تكون داخل هادرون. هذا يعني أنه يمكننا فقط ملاحظة الأشياء عديمة اللون - الهادرونات. لا يمكن أن توجد الكواركات والغلونات المفردة ذات اللون في حالة حرة. تسمى ظاهرة حبس الجسيمات الأولية ذات اللون داخل الهادرونات بالحبس. تم اقتراح نماذج مختلفة لشرح الحبس ، لكن لم يتم بعد بناء وصف ثابت يتبع المبادئ الأولى للنظرية. من وجهة نظر نوعية ، ترتبط الصعوبات بحقيقة أن الغلوونات ، بامتلاكها اللون ، تتفاعل مع جميع الكائنات الملونة ، بما في ذلك بعضها البعض. لهذا السبب ، فإن الديناميكا اللونية الكمومية هي في الأساس نظرية غير خطية ، وطرق البحث التقريبية المعتمدة في الديناميكا الكهربية الكمومية ونظرية الكهروضعيفة ليست كافية تمامًا في نظرية التفاعلات القوية.

الاتجاهات في الجمع بين التفاعلات

نرى أنه على المستوى الكمي ، تظهر جميع التفاعلات الأساسية نفسها بنفس الطريقة. ينبعث جسيم أولي من مادة ما جسيمًا أوليًا - ناقل للتفاعل يمتص بواسطة جسيم أولي آخر من مادة. هذا يؤدي إلى التأثير المتبادل لجزيئات المادة على بعضها البعض.
يمكن بناء ثابت الاقتران عديم الأبعاد للتفاعل القوي عن طريق القياس مع ثابت البنية الدقيقة في الشكل g2 / (c) 10. إذا قارنا ثوابت الاقتران بلا أبعاد ، فمن السهل أن نرى أن أضعفها هو تفاعل الجاذبية ، ومن ثم يوجد الضعيف والكهرومغناطيسي والقوي.
إذا أخذنا في الاعتبار النظرية الموحدة المطورة بالفعل للتفاعلات الكهروضعيفة ، والتي تسمى الآن معيارًا ، واتبعنا اتجاه التوحيد ، فإن مشكلة بناء نظرية موحدة للضعف الكهروضعيف والتفاعلات القوية تظهر. حاليًا ، تم إنشاء نماذج لمثل هذه النظرية الموحدة ، والتي تسمى نموذج التوحيد الكبير. تشترك كل هذه النماذج في العديد من الأشياء ، على وجه الخصوص ، تبين أن الطاقة المميزة للتوحيد هي في حدود 10 15 GeV ، والتي تتجاوز بشكل كبير الطاقة المميزة لتوحيد التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. ويترتب على ذلك أن الدراسة التجريبية المباشرة للتوحيد الكبير تبدو إشكالية حتى في المستقبل البعيد. للمقارنة ، نلاحظ أن أعلى طاقة يمكن الحصول عليها في المسرعات الحديثة لا تتجاوز 10 3 جي في. لذلك ، حتى لو تم الحصول على أي بيانات تجريبية عن التوحيد الكبير ، فيمكن أن تكون ذات طبيعة غير مباشرة فقط. على وجه الخصوص ، تتنبأ نماذج التوحيد الكبرى بتآكل البروتون ووجود كتلة مغناطيسية أحادية القطب كبيرة. سيكون التأكيد التجريبي لهذه التوقعات انتصارًا هائلاً لاتجاهات التوحيد.
الصورة العامة لتقسيم تفاعل واحد كبير إلى تفاعلات منفصلة قوية وضعيفة وكهرومغناطيسية هي كما يلي. عند طاقات بترتيب 10 15 GeV وما فوق ، يوجد تفاعل موحد. عندما تنخفض الطاقة إلى أقل من 10 15 GeV ، تنفصل التفاعلات القوية والضعيفة الكهروضعيفة عن بعضها البعض وتظهر كتفاعلات أساسية مختلفة. مع انخفاض إضافي في الطاقة أقل من 10 2 GeV ، يحدث فصل التفاعلات الضعيفة والكهرومغناطيسية. نتيجة لذلك ، على مقياس الطاقات المميزة لفيزياء الظواهر العيانية ، تبدو التفاعلات الثلاثة قيد الدراسة وكأنها ليس لها طبيعة واحدة.
لاحظ الآن أن الطاقة 10 15 GeV ليست بعيدة جدًا عن طاقة بلانك

حيث تصبح تأثيرات الجاذبية الكمومية مهمة. لذلك ، تؤدي نظرية التوحيد الكبير بالضرورة إلى مشكلة الجاذبية الكمية. إذا واصلنا اتباع اتجاه التوحيد ، يجب أن نقبل فكرة وجود تفاعل أساسي واحد شامل ، والذي ينقسم إلى جاذبية منفصلة ، وقوية ، وضعيفة ، وكهرومغناطيسية بالتتابع مع انخفاض الطاقة من قيمة بلانك إلى طاقات أقل من 10 2 GeV.
من الواضح أن بناء مثل هذه النظرية الموحدة الكبرى غير ممكن في إطار نظام الأفكار الذي أدى إلى النظرية القياسية للتفاعلات الكهروضعيفة ونماذج التوحيد الكبرى. مطلوب لجذب أفكار وأفكار وأساليب جديدة ، ربما تبدو مجنونة. على الرغم من الأساليب المثيرة للاهتمام التي تم تطويرها مؤخرًا ، مثل الجاذبية الفائقة ونظرية الأوتار ، تظل مشكلة الجمع بين جميع التفاعلات الأساسية مفتوحة.

استنتاج

لذلك ، قمنا بعمل نظرة عامة على المعلومات الأساسية المتعلقة بالتفاعلات الأساسية الأربعة للطبيعة. يتم وصف المظاهر المجهرية والماكروسكوبية لهذه التفاعلات ، وصورة الظواهر الفيزيائية التي تلعب فيها دورًا مهمًا بإيجاز.
حيثما كان ذلك ممكنًا ، حاولنا تتبع اتجاه التوحيد ، لملاحظة السمات المشتركة للتفاعلات الأساسية ، لتوفير بيانات عن المقياس المميز للظواهر. بالطبع ، لا تدعي المواد المقدمة هنا أنها كاملة ولا تحتوي على العديد من التفاصيل الهامة اللازمة لعرض تقديمي منتظم. يتطلب الوصف التفصيلي للقضايا التي أثيرت من قبلنا استخدام ترسانة كاملة من أساليب الفيزياء النظرية الحديثة عالية الطاقة وهو خارج نطاق هذا المقال وأدبيات العلوم الشائعة. كان هدفنا هو تقديم الصورة العامة لإنجازات فيزياء الطاقة العالية النظرية الحديثة ، وميول تطورها. حاولنا إثارة اهتمام القارئ بدراسة مستقلة وأكثر تفصيلاً للمادة. بالطبع ، مع هذا النهج ، لا مفر من خشونة معينة.
تسمح الببليوغرافيا المقترحة للقارئ الأكثر استعدادًا بتعميق فهمه للقضايا التي تمت مناقشتها في المقالة.

1. Okun L.B. أ ، ب ، ز ، زد موسكو: ناوكا ، 1985.
2. Okun L.B. فيزياء الجسيمات الأولية. موسكو: نوكا ، 1984.
3. نوفيكوف آي. كيف انفجر الكون. موسكو: Nauka ، 1988.
4. فريدمان د. ، فان. P. Nieuwenhuisen، Uspekhi fiz. علوم. 1979 ، المجلد 128 ، رقم 135.
5. هوكينج س. من الانفجار العظيم إلى الثقوب السوداء: تاريخ موجز للزمن. موسكو: مير ، 1990.
6. ديفيس ب.القوة العظمى: البحث عن نظرية موحدة للطبيعة. م: مير ، 1989.
7. زيلدوفيتش ياب ، خلوبوف م. دراما الأفكار في معرفة الطبيعة. موسكو: ناوكا ، 1987.
8. Gottfried K.، Weisskopf W. مفاهيم فيزياء الجسيمات. موسكو: مير ، 1988.
9. كوغلان ج.د. ، دود ج. أفكار فيزياء الجسيمات. كامبريدج: جامعة كامبريدج. الصحافة ، 1993.

القوة - الكمية الفيزيائية المتجهة ، وهي مقياس لشدة التأثير على جسم معين من الأجسام الأخرى ، وكذلك المجالات. القوة المؤثرة على جسم ضخم هي سبب تغير سرعته أو ظهور تشوهات فيه.

في العلم الحديث ، هناك 4 أنواع من التفاعلات. اثنان منهم التي تعتبر في الميكانيكا تسمى الجاذبية و الكهرومغناطيسي... إنها تتوافق مع قوى لا يمكن اختزالها إلى قوى أبسط ، وبالتالي يتم استدعاؤها أساسي... اثنان آخران: القوي والضعيف نووي. الجاذبية و g. تشوه هو تغير في حجم أو شكل الجسم تحت تأثير الأجسام الأخرى. كما تعلمون من مسار الفيزياء المدرسية ، تتكون جميع الأجسام من شحنات كهربائية. عندما تتشوه الأجسام تتغير المسافات بين الشحنات وهذا بدوره يؤدي إلى اختلال التوازن بين قوى الجذب والتنافر بين الشحنات. عندما يتمدد الجسم ، تسود قوى التجاذب بين الشحنات والجسم "يقاوم" التمدد ، وبالمثل ، أثناء الانضغاط ، تسود قوى التنافر. قانون هوك. قوة رد الفعل الداعمة وقوة شد التعليق. في وزن الجسم تسمى القوة التي يعمل بها الجسم على دعامة أو تعليق. عندما يتفاعل الجسم مع الدعم أو التعليق ، فإن الجسم نفسه مشوه ، مما يؤدي إلى ظهور قوة مرنة تعمل على الدعم أو التعليق. ترتبط قوى الوزن ورد فعل الدعم ببعضها البعض وفقًا لقانون نيوتن الثالث. هناك مساواة مماثلة لجسم معلق. T \u003d P. قوة الإحتكاك.

في إطار الميكانيكا الكلاسيكية ، يتم وصف تفاعل الجاذبية من خلال قانون نيوتن للجاذبية الكونية ، والذي ينص على أن قوة الجاذبية بين نقطتي كتلة مادية ، ومفصولة بالمسافة ، تتناسب مع كلا الكتلتين وتتناسب عكسياً مع المربع. من المسافة - أي:

يوجد تفاعل كهرومغناطيسي بين الجسيمات المشحونة كهربائيًا. من وجهة نظر حديثة ، لا يتم تنفيذ التفاعل الكهرومغناطيسي بين الجسيمات المشحونة بشكل مباشر ، ولكن فقط من خلال المجال الكهرومغناطيسي.

تشارك الكواركات والغلونات والجسيمات المكونة منها ، والتي تسمى الهادرونات (الباريونات والميزونات) ، في تفاعلات قوية. إنه يعمل على مقاييس مرتبة من حجم نواة الذرة أو أقل ، كونه مسؤول عن الرابطة بين الكواركات في الهادرونات وعن التجاذب بين النوى (نوع من الباريونات - البروتونات والنيوترونات) في النوى.

تفاعل ضعيف، أو قوة نووية ضعيفة هو أحد التفاعلات الأساسية الأربعة في الطبيعة. وهي مسؤولة ، على وجه الخصوص ، عن اضمحلال بيتا للنواة. يُطلق على هذا التفاعل اسم ضعيف ، نظرًا لأن التفاعلين الآخرين المهمين للفيزياء النووية (القوي والكهرومغناطيسي) يتميزان بكثافة أعلى بشكل ملحوظ. ومع ذلك ، فهو أقوى بكثير من التفاعلات الأساسية الرابعة ، الجاذبية. يكون التفاعل الضعيف قصير المدى - يتجلى في مسافات أصغر بكثير من حجم النواة الذرية.

ما هي القوى التي تعرفها؟ الجاذبية ، توتر الخيط ،ضغط زنبرك ، اصطدام أجسام ، احتكاك ، انفجار ، هواء ومقاومة متوسطة ، توتر سطح سائل ، قوى فان دير فال - والقائمة لا تنتهي عند هذا الحد. لكن كل هذه القوى هي مشتقات أساسية الأربعة! سيتم مناقشتها.

أربع قوى

أساس أسس القوانين الفيزيائية أربعة تفاعلات أساسية، المسؤولة عن جميع العمليات في الكون. إذا كان من الممكن مقارنة الجسيمات الأولية بالطوب الموجود ، فإن التفاعلات هي ملاط \u200b\u200bأسمنتي. قوي ، كهرومغناطيسي ، ضعيف وجاذبي - في هذا الترتيب ، من القوي إلى الضعيف ، يتم النظر في التفاعلات. لا يمكن اختزالها إلى أبسط - وهذا هو السبب في أنها تسمى أساسية.

قبل الشروع في وصف القوى ، من الضروري شرح المقصود بكلمة تفاعل. يعتبره الفيزيائيون نتيجة لتبادل بعض الوسطاء ، وعادة ما يطلق عليهم ناقلات التفاعل.

لنبدأ بالأكثر كثافة. قوي تم اكتشاف التفاعل في الثلاثينيات من القرن الماضي خلال فترة البحث النشط عن الذرة. اتضح أن سلامة واستقرار جوهرها مضمون بدقة من خلال التفاعل القوي للغاية النكليونات بين أنفسهم.

النوكليونات (من اللاتينية nucleus - nucleus) - اسم شائع للبروتونات والنيوترونات ، المكونات الرئيسية لنواة الذرة. من وجهة نظر التفاعل القوي ، لا يمكن تمييز هذه الجسيمات. النيوترون أثقل بنسبة 0.13٪ من البروتون - اتضح أن هذا كافٍ ليصبح الجسيم الأولي الوحيد الذي له كتلة سكون لوحظ تفاعل الجاذبية.

تنجذب محتويات النوى إلى بعضها البعض بسبب كوانتا - ميزونات خاصة ، والتي تعتبر الناقلات "الرسمية" للتفاعل القوي. هذه القوة النووية أقوى بـ 1038 مرة من أضعف تفاعل - الجاذبية. إذا اختفى التفاعل القوي فجأة ، ستتفكك ذرات الكون على الفور. وراءهم جزيئات ، ثم مادة - كل الواقع من حولنا سوف يتوقف عن الوجود ، باستثناء الجسيمات الأولية. ميزة مثيرة للاهتمام في "علاقتهم" هي العمل قصير المدى: الجسيمات المشحونة إيجابياً ، البروتونات ، تنجذب إلى بعضها البعض فقط في اتصال مباشر.

إذا كانت البروتونات على مسافة من بعضها البعض ، الكهرومغناطيسي التفاعل الذي يتم فيه صد الجسيمات المشحونة ، وتنجذب الجسيمات المشحونة. في حالة الجسيمات غير المشحونة ، لا تنشأ هذه القوة - لنتذكر قانون كولوم الشهير بشأن الشحنات الكهربائية الثابتة. إن حاملات القوى الكهرومغناطيسية هي الفوتونات ، والتي توفر ، من بين أشياء أخرى ، نقل طاقة الشمس إلى كوكبنا. إن استبعاد هذه القوة يهدد الأرض بالتجميد التام. يكون التفاعل الكهرومغناطيسي أقوى 1035 مرة من التفاعل التثاقلي ، أي أضعف 100 مرة فقط من التفاعل النووي.

لقد تنبأت الطبيعة بقوة أساسية أخرى ، تتميز بكثافة منخفضة بشكل متلاشي ونصف قطر صغير جدًا من العمل (أقل من نواة الذرة). هو - هي ضعيف التفاعل - حاملاته عبارة عن بوزونات مشحونة ومحايدة. مجال مسؤولية القوى الضعيفة هو في المقام الأول تحلل بيتا للنيوترون ، مصحوبًا بتكوين بروتون وإلكترون ونيوترينو (مضاد). تحدث مثل هذه التحولات بنشاط على الشمس ، مما يحدد أهمية هذا التفاعل الأساسي بالنسبة لي ولكم.

(غير) من ذوي الخبرة

تمت دراسة جميع القوى الموصوفة بتفاصيل كافية وتم دمجها عضويًا في الصورة المادية للعالم. ومع ذلك ، فإن القوة الأخيرة الجاذبية، في مثل هذه الكثافة المنخفضة لدرجة أنه لا يزال يتعين على المرء أن يخمن جوهره.

تكمن مفارقة تفاعل الجاذبية في أننا نشعر به كل ثانية ، لكن لا يمكننا إصلاح الناقل بأي شكل من الأشكال. لا يوجد سوى افتراض حول وجود كم افتراضي للجرافيتون مع سرعة الضوء. إنه قادر على التداخل والانعراج ، لكن ليس له شحنة. يعتقد العلماء أنه عندما ينبعث جسيم من الجرافيتون ، تتغير طبيعة حركته - تتطور حالة مماثلة مع الجسيم الذي يتلقى الكم. لا تسمح لنا حالة الفن حتى الآن "برؤية" الجرافيتون ودراسة خصائصه بمزيد من التفصيل. شدة الجاذبية 1025 مرة أقل من التفاعل الضعيف.

كيف تقول أن قوة الجاذبية لا تبدو ضعيفة على الإطلاق! هذه هي الخصائص الفريدة للتفاعل الأساسي رقم 4. على سبيل المثال ، العالمية - أي جسم بأي كتلة يخلق مجال جاذبية في الفضاء يمكنه اختراق أي عقبة. علاوة على ذلك ، تزداد قوة الجاذبية مع زيادة كتلة الجسم - وهي خاصية مميزة فقط لهذا التفاعل.

هذا هو السبب في أن الأرض ، التي هي عملاقة مقارنة بالإنسان ، تخلق مجال جاذبية حول نفسها ، مما يحافظ على الهواء والماء والصخور وبالطبع قذيفة حية على السطح. إذا تم إلغاء الجاذبية مرة واحدة ، فإن السرعة التي نذهب بها إلى الفضاء ستكون 500 م / ث. إلى جانب التفاعل الكهرومغناطيسي ، للجاذبية مدى طويل. لذلك فإن دوره في نظام الأجسام المتحركة في الكون هائل. حتى بين شخصين على مسافة كبيرة من بعضهما البعض ، هناك جاذبية مجهرية.

مدفع الجاذبية هو سلاح خيالي يخلق مجال جاذبية موضعي. يسمح لك السلاح بجذب ورفع ورمي الأشياء بسبب القوة الناتجة عن الميدان. تم استخدام هذا المفهوم لأول مرة في لعبة الكمبيوتر Half-Life 2.

تخيل أن قمة دوارة مثبتة عموديًا في وسط إطار حلقي يدور بحرية حول محور أفقي. هذا الإطار - دعنا نطلق عليه الإطار الداخلي - مثبت بدوره على الإطار الدائري الخارجي ، والذي يدور أيضًا بحرية في المستوى الأفقي. تم تسمية الهيكل حول القمة جيمبال، وكل هذا معًا جيروسكوب.

في حالة السكون ، يدور الجزء العلوي في الجيروسكوب بسلام في وضع رأسي ، ولكن بمجرد أن تحاول القوى الخارجية - على سبيل المثال ، التسارع - تدوير محور دوران الجزء العلوي ، فإنه يتحول بشكل عمودي إلى هذا التأثير. بغض النظر عن مدى صعوبة محاولة قلب الجزء العلوي في الجيروسكوب ، فسيظل يدور في وضع رأسي. حتى أن الجيروسكوبات الأكثر تقدمًا تستجيب لدوران الأرض ، وهو ما أوضحه لأول مرة رجل فرنسي جان برنارد فوكو في عام 1851. إذا قمنا بتجهيز الجيروسكوب بجهاز استشعار يقرأ موضع الجزء العلوي بالنسبة للإطار ، نحصل على جهاز تنقل دقيق يسمح لنا بتتبع حركة جسم في الفضاء - على سبيل المثال ، طائرة.

آثار الجاذبية

يمكن للجاذبية أن تلعب نكتة قاسية مع أجسام كبيرة وأكثر ضخامة في الفضاء - على سبيل المثال ، النجوم في مراحل لاحقة من التطور. تضغط قوة الجاذبية على النجم وفي لحظة معينة تزيد من الضغط الداخلي. عندما يصبح نصف قطر هذا الجسم أقل من الجاذبية ، انهيارويخرج النجم. لا مزيد من المعلومات تأتي منه ، حتى أشعة الضوء لا يمكنها التغلب على قوة الجذب الهائلة. هكذا يولد الثقب الأسود.

الكواكب ، الأجسام مصغرة أكثر ، لها سمات الجاذبية الخاصة بها. لذا ، فإن الأرض ، بسبب كتلتها ، تنحني الزمكان وتلفه في دورانه! تسمى هذه الظواهر المبادرة الجيوديسية وتأثير الجاذبية المغناطيسية ، على التوالي.

ما هي المبادرة الجيوديسية؟ لنتخيل أن جسمًا ما يتحرك على مدار كوكبنا ، على سطحه (في حالة انعدام الجاذبية) يدور قمته بسرعة عالية. سينحرف محورها في اتجاه السفر بمعدل 6.6 ثانية قوسية في السنة. تعمل الأرض على ثني الزمكان المحيط بكتلته ، مما يخلق نوعًا من الشق فيه.

تأثير الجاذبية المغناطيسية (تأثير Lense-Thirring) هو مثال جيد على دوران العصا في العسل السميك: فهي تحمل على طول كتلة حلوة لزجة ، وتشكل دوامة حلزونية. لذا فإن الأرض تدور حول محورها الزمكان "العسل". وهذا مرة أخرى يتم إصلاحه بواسطة محور القمة ، والذي ينحرف في اتجاه دوران الأرض بواسطة الميكروسكوب 0.04 ثانية قوسية في السنة.

يؤثر كوكبنا ، بجاذبيته ، على الزمان والمكان. لفترة طويلة ، ظل هذا البيان مجرد فرضية لأينشتاين وأتباعه ، حتى عام 2004 أطلق الأمريكيون القمر الصناعي Gravity Probe-B. يدور الجهاز في المدار القطبي للأرض وقد تم تجهيزه بأدق الجيروسكوبات في العالم - نظائر معقدة للقمم. يتضح تعقيد هذه التحف الفنية من خلال حقيقة أن المخالفات في كرات الجيروسكوب لم تتجاوز ذرتين أو ثلاث ذرات. إذا قمت بتكبير هذه المجالات المصغرة لحجم الأرض ، فلن يتجاوز ارتفاع أكبر عدم انتظام ثلاثة أمتار! كانت مثل هذه الحيل ضرورية لتحديد انحناء الزمكان بشكل تجريبي. وبعد 17 شهرًا من العمل في المدار ، سجلت المعدات إزاحة محاور الدوران لأربعة جيروسكوبات فائقة مرة واحدة!

أثناء تجربة Gravity Probe-B ، تم إثبات تأثيران للنسبية العامة: انحناء الزمكان (حركة الجيوديسية) وظهور تسارع إضافي بالقرب من الأجسام الضخمة (تأثير الجاذبية المغناطيسية)

للجاذبية مجموعة من التأثيرات الأخرى الأكثر وضوحًا. على سبيل المثال ، لا يوجد في أجسامنا عضو واحد لن يتكيف مع الجاذبية.

هذا هو السبب في أنه من غير المعتاد بل والخطير أن يكون الشخص في حالة انعدام الوزن لفترة طويلة: يتم إعادة توزيع الدم في جميع أنحاء الجسم بطريقة تمارس ضغطًا مفرطًا على أوعية الدماغ والعظام ، بمرور الوقت ، ترفض امتصاص أملاح الكالسيوم وتصبح هشة مثل القصب. فقط عن طريق المجهود البدني المستمر يمكن للشخص أن يحمي نفسه جزئيًا من آثار انعدام الوزن.

يؤثر مجال جاذبية القمر على الأرض وسكانها - يعلم الجميع عن المد والجزر. بسبب قوة الطرد المركزي ، يتحرك القمر بعيدًا عنا بمقدار 4 سم في السنة ، وتتناقص شدة المد والجزر بلا هوادة. في فترة ما قبل التاريخ ، كان القمر أقرب كثيرًا إلى الأرض ، وبالتالي ، كان المد والجزر مهمًا. ربما كان هذا هو العامل الرئيسي الذي حدد مسبقًا ظهور الكائنات الحية على الأرض.

على الرغم من أننا ما زلنا لا نعرف أي الجسيمات مسؤولة عن الجاذبية ، يمكننا قياسها! لهذا ، يتم استخدام جهاز خاص - مقياس الجاذبية، والتي يعمل بها الجيولوجيون بنشاط في البحث عن المعادن.

في سمك سطح الأرض ، تختلف كثافة الصخور ، وبالتالي ستختلف قوة الجاذبية الخاصة بها. يمكن استخدام هذا لتحديد رواسب الهيدروكربونات الخفيفة (النفط والغاز) ، وكذلك الصخور الكثيفة من خامات المعادن. تُقاس قوة الجاذبية من خلال تسجيل أدنى تغيرات في سرعة السقوط الحر لجسم ذي كتلة معروفة أو ضربة بندول. لهذا ، قدموا حتى وحدة قياس خاصة - Gal (Gal) تكريما لـ جاليليو جاليلي، الذي كان أول من حدد قوة الجاذبية في التاريخ بقياس مسار جسم يسقط بحرية.

جعلت الدراسات طويلة المدى لجاذبية الأرض من الفضاء من الممكن إنشاء خريطة لحالات الجاذبية الشاذة لكوكبنا. يمكن أن تكون الزيادة الحادة في قوة الجاذبية على قطعة أرض منفصلة نذيرًا لزلزال أو ثوران بركاني.

لا يزال البحث في التفاعلات الأساسية يكتسب الزخم فقط. لا يمكن القول على وجه اليقين أن هناك أربع قوى فقط - قد تكون هناك خمس أو عشر قوى. يحاول العلماء جمع كل التفاعلات تحت "سقف" نموذج واحد ، لكن أوه ، إلى أي مدى بعيدًا عن إنشائه. ويصبح الجرافيتون الافتراضي هو المركز الرئيسي للجاذبية. يجادل المشككون بأنه لا يمكن لأي شخص إصلاح هذا الكم ، لأن شدته منخفضة للغاية ، لكن المتفائلين يؤمنون بمستقبل تقنيات وأساليب الفيزياء. انتظر و شاهد.

التفاعلات الأساسية

في الطبيعة ، هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأنظمة والهياكل الطبيعية ، يتم شرح ميزاتها وتطورها من خلال تفاعل الكائنات المادية ، أي من خلال العمل المتبادل على بعضها البعض. بالضبط التفاعل هو السبب الرئيسي لحركة المادة وهو سمة لجميع الأشياء المادية ، بغض النظر عن أصلها وتنظيمها النظامي. التفاعل عالمي ، مثله مثل الحركة. الكائنات المتفاعلة تتبادل الطاقة والزخم (هذه هي الخصائص الرئيسية لحركتها). في الفيزياء الكلاسيكية ، يتحدد التفاعل بالقوة التي يعمل بها جسم مادي على الآخر. لفترة طويلة ، كان النموذج مفهوم العمل بعيد المدى - تفاعل الأشياء المادية الموجودة على مسافة كبيرة من بعضها البعض ويتم نقلها عبر الفضاء الفارغ على الفور... حاليًا ، تم تأكيد آخر تجريبيًا - مفهوم المدى القصير - ينتقل التفاعل باستخدام الحقول المادية بسرعة محدودة لا تتجاوز سرعة الضوء في الفراغ. المجال الفيزيائي هو نوع خاص من المادة يضمن تفاعل الأجسام المادية وأنظمتها (المجالات التالية: الكهرومغناطيسية ، والجاذبية ، ومجال القوى النووية - الضعيفة والقوية). مصدر المجال الفيزيائي هو الجسيمات الأولية (الجسيمات الكهرومغناطيسية - المشحونة) ، في نظرية الكم ، يرجع التفاعل إلى تبادل المجال الكمي بين الجسيمات.

هناك أربعة تفاعلات أساسية في الطبيعة: قوي ، كهرومغناطيسي ، ضعيف وجاذبي ، والتي تحدد بنية العالم المحيط.

تفاعل قوي (التفاعل النووي) - التجاذب المتبادل للأجزاء المكونة للنواة الذرية (البروتونات والنيوترونات) وتعمل على مسافة حوالي 10-1 3 سم ، تنتقل عن طريق الغلوونات. من وجهة نظر التفاعل الكهرومغناطيسي ، يعتبر البروتون والنيوترون جسيمات مختلفة ، لأن البروتون مشحون كهربائياً ، والنيوترون ليس كذلك. ولكن من وجهة نظر التفاعل القوي ، فإن هذه الجسيمات لا يمكن تمييزها ، لأنه في الحالة المستقرة ، يكون النيوترون جسيمًا غير مستقر ويتحلل إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو ، ولكنه يصبح متشابهًا في إطار النواة. خصائص البروتون ، لذلك فإن مصطلح "nucleon (من اللات. نواة - nucleus) "وبدأ اعتبار البروتون مع النيوترون حالتين مختلفتين للنكليون. كلما كان تفاعل النوكليونات في النواة أقوى ، كلما زادت استقرار النواة ، زادت طاقة الارتباط المحددة.

في المادة المستقرة ، يزيد التفاعل بين البروتونات والنيوترونات في درجات حرارة غير مرتفعة جدًا ، ولكن إذا حدث تصادم بين النوى أو أجزائها (النوى ذات الطاقة العالية) ، تحدث تفاعلات نووية مصحوبة بإطلاق طاقة ضخمة.

في ظل ظروف معينة ، يربط التفاعل القوي الجسيمات بقوة في نوى الذرة - أنظمة المواد ذات طاقات الربط العالية. ولهذا السبب فإن نوى الذرات مستقرة جدًا ويصعب تدميرها.

بدون تفاعلات قوية ، لن تكون النوى الذرية موجودة ، ولن تتمكن النجوم والشمس من توليد الحرارة والضوء بسبب الطاقة النووية.

التفاعل الكهرومغناطيسي تنتقل عن طريق المجالات الكهربائية والمغناطيسية. ينشأ مجال كهربائي في وجود شحنات كهربائية ومجال مغناطيسي عندما تتحرك. يولد المجال الكهربائي المتغير مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا - وهذا هو مصدر المجال المغناطيسي المتناوب. هذا النوع من التفاعل هو سمة من سمات الجسيمات المشحونة كهربائيًا. الناقل للتفاعل الكهرومغناطيسي هو فوتون عديم الشحن - كم من المجال الكهرومغناطيسي. في عملية التفاعل الكهرومغناطيسي ، تتحد الإلكترونات والنواة الذرية في الذرات والذرات - في الجزيئات. بمعنى ما ، هذا التفاعل أساسي في الكيمياء والبيولوجيا.

نتلقى حوالي 90٪ من المعلومات حول العالم من حولنا من خلال الموجة الكهرومغناطيسية ، نظرًا لحالات مختلفة لتجميع المادة ، والاحتكاك ، والمرونة ، إلخ. تحددها قوى التفاعل بين الجزيئات ، والتي هي كهرومغناطيسية بطبيعتها. التفاعلات الكهرومغناطيسية موصوفة بقوانين كولوم وأمبير ونظرية ماكسويل الكهرومغناطيسية.

التفاعل الكهرومغناطيسي هو الأساس لإنشاء العديد من الأجهزة الكهربائية وأجهزة الراديو والتلفزيون وأجهزة الكمبيوتر وما إلى ذلك. إنه أضعف بحوالي ألف مرة من قوة واحدة ، لكنه بعيد المدى أكثر بكثير.

بدون لن تكون التفاعلات الكهرومغناطيسية عبارة عن ذرات أو جزيئات أو أشياء كبيرة أو حرارة أو ضوء.

3. ضعف التفاعل ربما بين جسيمات مختلفة ، باستثناء الفوتون ، يكون قصير المدى ويتجلى في مسافات أصغر من حجم نواة الذرة 10-15-10 -22 سم.التفاعل الضعيف أضعف من التفاعل القوي والعمليات مع يستمر التفاعل الضعيف بشكل أبطأ من التفاعل القوي. مسؤول عن تحلل الجسيمات غير المستقرة (على سبيل المثال ، تحول النيوترون إلى بروتون ، إلكترون ، مضاد نيترينو). وبسبب هذا التفاعل ، تكون معظم الجسيمات غير مستقرة. وحاملات التفاعل الضعيف هي الأيونات ، وهي جسيمات كتلتها أكبر 100 مرة من كتلة البروتونات والنيوترونات. بسبب هذا التفاعل ، تشرق الشمس (يتحول البروتون إلى نيوترون ، بوزيترون ، نيوترينو ، للنيوترينو المنبعث قدرة اختراق هائلة).

بدون تفاعلات ضعيفة ، لن تكون التفاعلات النووية ممكنة في باطن الشمس والنجوم ، ولن تظهر نجوم جديدة.

4. تفاعل الجاذبية الأضعف ، لا تؤخذ في الاعتبار في نظرية الجسيمات الأولية ، حيث أن التأثيرات على مسافاتها المميزة (10-13 سم) تكون صغيرة ، وعلى مسافات صغيرة جدًا (10 - 33 سم) وفي طاقات عالية جدًا ، تصبح الجاذبية مهمة وتبدأ الخصائص غير العادية للفراغ المادي في الظهور ...

الجاذبية (من Lat. Gravitas - "الجاذبية") - يكون التفاعل الأساسي بعيد المدى (وهذا يعني أنه بغض النظر عن مدى تحرك الجسم الضخم ، في أي نقطة في الفضاء ، فإن جهد الجاذبية يعتمد فقط على موضع الجسم عند نقطة معينة time) وجميع الأجسام المادية تخضع لها ... في الأساس ، تلعب الجاذبية دورًا حاسمًا على النطاق الكوني ، Megaworld.

في إطار الميكانيكا الكلاسيكية ، تم وصف تفاعل الجاذبية قانون الجاذبية نيوتن الذي يقول إن قوة الجاذبية بين نقطتي كتلة مادية م 1 و م 2 مفصولة بالمسافة ر، يوجد

أين جي - ثابت الجاذبية.

بدون تفاعلات الجاذبية ، لم يكن هناك مجرات ، نجوم ، كواكب ، تطور الكون.

يعتمد الوقت الذي يحدث خلاله تحول الجسيمات الأولية على قوة التفاعل (مع تفاعل قوي ، تحدث التفاعلات النووية في غضون 10-24-10-23 ثانية. ، باستخدام واحد كهرومغناطيسي - يتم إجراء التغييرات في غضون 10 - 19-10-21 ثانية ، مع تفكك ضعيف خلال 10-10 ثوانٍ).

جميع التفاعلات ضرورية وكافية لبناء عالم مادي معقد ومتنوع ، يمكن للمرء ، وفقًا للعلماء ، الحصول عليه قوة خارقة (عند درجات حرارة أو طاقات عالية جدًا ، تتحد جميع التفاعلات الأربعة في شئ واحد).