نیروهای بنیادی: تفاوت میان نسخه‌ها

از طرف دیگر، با افزایش [[انرژی جنبشی]] بین دو ذرّه برهمکنش کننده، قدرت نیروهای پایهً بین آنها نیز به هم نزدیک می‌شود، به طوری که فیزیکدانان بر این باورند که قدرت همه این نیروها در انرژی‌های خیلی بالا، به عنوان مثال هنگامی که [[مهبانگ]] رخ داده است، با هم برابر بوده‌است.

-->

اندرکنش بین هر جفت از فرمیون‌ها بوسیلهٔ [[نظریه اختلال|نظریهٔ اختلال]] به شکل زیر مدل می‌شود.

:۲ فرمیون وارد می‌شود ← اندرکنش بوسیله تبادل بوزون ← ۲ فرمیون تغییر یافته خارج می‌شود.

مبادلهٔ بوزون همواره با انرژی همراه است و بین فرمیون‌ها [[گشتاور]] ایجاد می‌کند و درنتیجه سرعت و جهت آن‌ها را تغییر می‌دهد. درطول این فرایند این احتمال وجود دارد که بین فرمیون‌ها انتقال بار صورت گیرد یا بار آن‌ها تغییر کند (مثلا فرمیون‌ها را از نوعی به نوعی دیگر تبدیل کند). از آنجایی که بوزون‌ها تنها یک واحد، گشتاور زاویه‌ای حمل می‌کنند درطول چنین فرایندی جهت گردش فرمیون‌ها (اسپین) از {{Frac|1|2}}+ به {{Frac|1|2}}- (واحد ضریب کاهش‌یافته پلانک) تغییر می‌کند. (یا برعکس این حالت)

چون یک اندرکنش باعث ایجاد ربایش یا رانش در بین فرمیون‌ها می‌شود، به‌جای اندرکنش می‌توان از عبارت عمومی‌تر [[نیرو]] استفاده کرد.

مطابق درک امروز چهار نیرو یا اندرکنش بنیادی وجود دارد:

</center>

 

 

{{مقاله اصلی|گرانش}}

گرانش نسبت به چهار نیروی بنیادی دیگر از همه ضعیف‌تر است، بنابراین وقتی آن را در ابعاد ذرات بررسی می‌کنیم، قابل صرف‌نظر کردن است. مثلا اگر یک سوزن را به یک [[آهن‌ربا]] نزدیک کنیم به راحتی می‌بینیم که میزان ربایش آهن‌ربا بیشتر از میزان گرانش کل [[کره زمین|زمین]] نسبت به آن سوزن است و سوزن به سمت زمین سقوط نمی‌کند.

با این حال گرانش برای اجسام بزرگ (کلان) و فاصله‌های زیاد بسیار مهم است؛ دلایل این مطلب عبارتند از:

* گرانش تنها اندرکنشی است که بر تمام ذراتی که [[جرم]] دارند اثر می‌کند.

* گرانش قابل جذب یا تبدیل شدن نیست و چیزی نمی‌تواند مقابل آن حائل شود.

* گرانش همواره می‌رباید و هرگز نمی‌راند.

محدوده‌اثر خیلی بزرگ گرانش باعث می‌شود که بتواند بر پدیده‌هایی با ابعاد بزرگ مانند ساختار یک کهکشان، [[سیاه‌چاله]] یا [[انبساط جهان]] تاثیرگذار باشد. همچنین پدیده‌های آسمانی در ابعاد کوچکتر مانند گردش سیاره‌ها به دور خودشان که هر روز اتفاق می‌افتد، یا تجربیات روزمره مانند سقوط اجسام از ارتفاع و ... را به خوبی توضیح می‌دهد.

ادغام نسبیت عام و [[مکانیک کوانتومی]] (تئوری میدان کوانتومی) به تئوری عمومی‌تر ''گرانش کوانتومی'' یکی از حوزه‌های فعال تحقیق است. با این حال صدق نظریه نسبیت عام جز در مقیاس‌های بسیار کوچک (مقیاس‌های اتمی) که برای آنها نظریه‌های جایگزین ارائه شده است، به صورت تجربی تایید شده است. نظریه‌هایی که در جامعهٔ فیزیک جدی گرفته شده‌اند همگی با تغییراتی جزئی از نسبیت عام منشعب می‌شوند امروزه تمرکز مطالعات آزمایشگاهی و تجربی بر این است که تبیین کنند تا چه میزان انحراف از نسبیت عام امکان‌پذیر است.

{{مقاله اصلی|کهربایی‌ضعیف}}

 

{{مقاله اصلی|الکترومغناطیس}}

الکترومغناطیس نیرویی است که بین ذرات باردار الکتریکی اثر می کند. این پدیده شامل دو قسمت است:

* نیرویی که حاصل اثر مرکب نیروهای الکتریسیته و مغناطیس بین ذرات باردار متحرک نسبت به یکدیگر است.

الکترومغناطیس مانند گرانش محدوده اثر [[بینهایت]] دارد ولی بسیار وسیع‌تر، بنابراین در بسیاری از پدیده‌هایی که روزانه تجربه می‌کنیم می‌توان اثر الکترومغناطیس را یافت مانند: نفوذناپذیری مواد جامد، [[اصطکاک]]، [[رنگین کمان]]، [[آذرخش]] و تمام ساخته‌های بشر که در آن‌ها از [[جریان الکتریکی]] استفاده می‌شود مانند: [[تلویزیون]]، [[لیزر]] و [[رایانه]]. الکترومغناطیس به صورت بنیادی بسیاری از ویژگی‌های شیمیایی عناصر و هم چنین پیوندهای شیمیایی در سطح کلان (ماکروسکوپیک) و سطح اتمی را تعیین می‌کند.

برای اینکه بهتر بتوان تصور کرد که قدرت نیروی الکتریکی چقدر است از مثال زیر استفاده می‌کنیم:

در یک [[گالن]] آب (حدود ۴ [[لیتر]])، تقریبا ۴۰۰۰ گرم [[آب]] وجود دارد، در این میزان آب مقدار بار [[الکترون]] موجود در آن به قرار زیر است:

:<math> 4000 \ \mbox{g}\,H_2 O \cdot \frac{1 \ \mbox{mol}\,H_2 O}{18 \ \mbox{g}\,H_2 O} \cdot \frac{10 \ \mbox{mol}\,e^{-}}{1 \ \mbox{mol}\,H_2 O} \cdot \frac{96,000 \ \mbox{C}\,.}{1 \ \mbox{mol}\,e^{-}} = 2.1 \times 10^{8} C \ \,. \ </math>

حال اگر همین میزان آب را در فاصلهٔ ۱ متری از ظرف آب مشابه قرار دهیم، اگر الکترون‌های موجود در آب بخواهند به یکدیگر نیرو وارد کنند این نیرو برابر خواهد بود با:

:<math> {1 \over 4\pi\varepsilon_0}\frac{(2.1 \times 10^{8} C)^2}{(1 m)^2} = 4.1 \times 10^{26} N</math>

پدیده‌های الکتریکی و آهن‌ربایی (مغناطیسی) از زمان باستان شناخته شده‌اند اما در قرن ۱۹ میلادی بود که دانشمندان دریافتند: ویژگی‌های الکتریکی و مغناطیسی دو جنبه از یک اندرکنش بنیادی اند. در سال ۱۸۶۴ [[معادلات ماکسول]] به طور دقیق اندازهٔ این اندرکنش متحد را تعیین کرد. تئوری ماکسول نشان داد که تحلیل برداری<ref>[http://en.wikipedia.org/wiki/Vector_calculus Vector calculus]</ref> که تئوری [[الکترومغناطیس کلاسیک]] است برای بیشتر اهداف صنعتی به اندازهٔ کافی دقیق است.

اینشتین در کار دیگری غیر از الکترومغناطیس کلاسیک، [[اثر فوتوالکتریک]] را با این فرض که نور انتشار کوانتومی دارد توضیح داد ([[فوتون]]). [[پل دیراک]] در سال ۱۹۲۷ مکانیک کوانتوم را با تئوری نسبیتی الکترومغناطیس ادغام کرد پس از آن در دههٔ ۱۹۴۰ [[ریچارد فاینمن]]، [[فریمن دایسون]]، [[جولیان شوینگر]] و [[سین‌ایترو تومونوجا]] این تئوری را کامل کردند. این تئوری امروز با نام الکترودینامیک کوانتومی شناخته می‌شود (الکترومغناطیس بازبینی‌شده). الکترودیمامیک کوانتومی و مکانیک کوانتوم پایه تئوری برخی رفتارهای الکترومغناطیسی مانند [[تونل‌زنی کوانتومی]] است؛ به این معنی که درسدی از ذرات باردار الکتریکی در مسیری حرکت می‌کنند که در تئوری الکترومغناطیس کلاسیک غیر ممکن است، این رفتار برای عمکرد بعضی از وسایل الکترونیکی مانند [[ترانزیستور]]ها ضروری است.

 

{{مقاله اصلی|نیروی هسته‌ای ضعیف}}

''اندرکنش ضعیف'' یا ''نیروی هسته‌ای ضعیف'' مسئول برخی پدیده‌های هسته‌ای مانند [[واپاشی بتا]] است. الکترومغناطیس و نیروی ضعیف امروزه به عنوان دو جنبه از کهربایی‌ضعیف یکپارجه درنظر گرفته می‌شوند. این کشف اولین قدم به سمت تئوری اتحاد معروف به مدل استاندارد است. در نظریه اندرکنش کهربایی‌ضعیف، حامل های نیروی ضعیف، حجم زیادی از بوزون‌های واسطه به نام بوزون‌های '''W''' و '''Z''' است. اندرکنش ضعیف تنها اندرکنشی است که زوجیت در آن پایسته نیست، دارای تقارن نسبت به چپ، نسبت به راست و نسبت به محور است.<ref>[[نقض سی‌پی]]</ref><ref>[http://en.wikipedia.org/wiki/CPT_symmetry CPT symmetry]</ref>

{{مقاله اصلی|نیروی هسته‌ای قوی}}

''اندرکنش قوی'' یا ''نیروی هسته‌ای قوی''، پیچیده‌ترین اندرکنش بنیادی است، بیشتر به این دلیل که با تغییر فاصله مقدار آن نیز تغییر می‌کند. در فاصله‌های بیشتر از ۱۰ فمتومتر، نیروی قوی عملا غیر قابل جذب است، هم‌چنین این نیرو تنها در هستهٔ اتم عمل می‌کند.

زمانی که هستهٔ اتم در سال ۱۹۰۵ کشف شد، واضح بود که به نیروی دیگری نیاز است تا در مقابل نیروی رانشی الکتروستاتیک که ناشی از حضور بارهای مثبت در درون هسته است مقاومت کند. اگر این نیرو وجود نداشت هستهٔ اتم هرگز تشکیل نمی‌شد. نیروی قوی باید به اندازهٔ کافی قدرت داشته باشد تا بتواند پروتون‌ها را در حجمی به اندازهٔ ^۱۵-۱۰ حجم اتم جای دهد. [[هیدکی یوکاوا]] پیش‌بینی کرد که این نیرو در برد کوچک مرتبط با ذره‌ای با جرم خیلی زیاد حدود ۱۰۰[[الکترون‌ولت|MeV]] است.

 

{{پانویس}}

 

* [[مدل استاندارد (ذرات بنیادی)|مدل استاندارد]]

** [[نیروی هسته‌ای قوی]]

* [[نظریه وحدت بزرگ]]

* افراد: [[آیزاک نیوتن]]، [[جیمز کلارک ماکسول]]، [[آلبرت اینشتین]]، [[شلدون لی گلاشو]]، [[عبدالسلام]]، [[استیون واینبرگ]]، [[دیوید گراس]]، [[ادوارد ویتن]].

* [http://en.wikipedia.org/wiki/Electroweak_interaction Electroweak interaction]

* [http://en.wikipedia.org/wiki/Unified_Field_Theory Unified Field Theory]

* [http://en.wikipedia.org/wiki/Fifth_force Fifth force]

* ''People'': [http://en.wikipedia.org/wiki/Howard_Georgi Howard Georgi], [http://en.wikipedia.org/wiki/Gerardus_%27t_Hooft Gerard't Hooft]

 

{{یادکرد-ویکی

|پیوند = http://en.wikipedia.org/wiki/Fundamental_interaction

{{Link GA|es}}

 

[[رده:فیزیک نظری]]

[[رده:مکانیک کوانتم]]