دراسة حول الترابط في المادة والكون

مقدمة

يهدف هذا المقال إلى استكشاف الروابط والعلاقات التي تحافظ على تماسك المادة في الكون الفسيح. سنقوم بتحليل مكونات الكون على المستويين المرئي وغير المرئي، مع التركيز على القوى الأساسية التي تلعب دورًا حيويًا في تشكيل الكون كما نعرفه. فهم هذه القوى يساعدنا على فهم أعمق لأصل الكون وتطوره.

تركيب الكون على النطاق المرئي

يتألف الكون المرئي من مجموعة هائلة من الأجرام السماوية المعروفة وغير المعروفة، والتي تتفاوت في أحجامها بشكل كبير. يمكن تقسيم الكون المرئي إلى ثلاثة عناصر رئيسية:

• النظام الشمسي: يتكون من الشمس وجميع الأجرام التي تدور حولها، مثل الكواكب والمذنبات والكويكبات. تشكل النظام الشمسي منذ حوالي 4.6 مليار سنة.
• الشمس: نجم متوسط الحجم، كتلته تعادل 330 ألف ضعف كتلة الأرض، وحجمه يعادل 1.3 مليون ضعف حجم الأرض. تبعد الشمس عن الأرض حوالي 150 مليون كيلومتر، وتعتبر مركزًا لمجرة درب التبانة.
• المجرات: يوجد ما يقدر بنحو 2 تريليون مجرة في الكون المرصود. تنتمي مجرتنا، درب التبانة، إلى مجموعة مجرات تسمى المجموعة المحلية. تبعد أبعد مجرة عنا حوالي 90 ألف مليار كيلومتر.

تركيب الكون على النطاق غير المرئي

يتكون الكون على المستوى المجهري من عدد لا حصر له من البنى المتزايدة والمتنوعة التي تشكل الأجسام الميكروسكوبية. تشمل هذه البنى:

• الفيروسات: حجمها يصل إلى 10^-7 م³.
• الجزيئات: حجمها يصل إلى 10^-9 م³.
• الذرة: حجمها يصل إلى 10^-10 م³.
• نواة الذرة: حجمها يصل إلى 10^-14 م³.
• النيوترونات والبروتونات: حجمها يصل إلى 10^-15 م³.
• الكواركات: حجمها يصل إلى 10^-18 م³.

القوى الأساسية في الكون

يمكن تقسيم القوى الكونية إلى أربع قوى رئيسية تحافظ على تماسك المادة على المستويين المرئي وغير المرئي:

1. القوة النووية القوية
2. القوة النووية الضعيفة
3. القوة الكهرومغناطيسية
4. قوة الجذب العام

كل قوة من هذه القوى لها خصائصها الفريدة ومدى تأثيرها، وتتفاعل مع بعضها البعض لتشكيل الكون الذي نراه.

تفسير القوة النووية الشديدة

القوى النووية القوية هي أساس التفاعلات الطبيعية بين الجسيمات الأولية الصغيرة جدًا للمادة، والتي تسمى الكواركات، والتي تشكل معًا مكونات نواة الذرة، وهي البروتونات والنيوترونات. تعتبر هذه القوى من بين الأشد في الطبيعة، حيث تشتد داخل النواة وتضعف كلما زادت المسافة بين النوى في الذرات.

تنشأ هذه القوى تحت خاصية تسمى اللون، والتي لا تمثل معناها الحقيقي بل تشبه إلى حد كبير الشحنة الكهربائية، والتي تعد مصدرًا للقوى النووية الشديدة. ومن الأمثلة على قوتها الهائلة ما يحدث في عملية الاندماج النووي في الشمس، والانشطار النووي في القنبلة النووية.

تفسير القوة النووية الضعيفة

تعرف القوة النووية الضعيفة بأنها القوة المسؤولة عن النشاط الإشعاعي. هي قوة ضعيفة وذات مدى ضعيف أيضًا لا يتجاوز حدود الذرة، حيث تعمل على تفكيك وتحليل الجسيمات الأولية المكونة للذرة، مثل الميزونات، وهو يفسر ما يحدث للعناصر المشعة الطبيعية.

وقد اكتشفت القوة النووية الضعيفة على يد الكيميائي الفرنسي هنري بيكريل في عام 1896 م، عندما كان يفحص البلورات لعنصر اليورانيوم وهو يتوهج في الظلام بعد تعرضه لأشعة الشمس. ورغم ضعف هذه القوى إلا أن أهميتها تكمن في الحفاظ على إشعاع النجوم والشمس، واستمرار التفاعلات النووية بها، كما أنها تزود النجوم بالطاقة، وتساهم في تكوين العناصر، ومقارنة بقوة الجاذبية، فهي تعد أقوى منها.

تفسير القوة الجاذبة

تعد القوة الجاذبة من القوى الكونية الأربعة الأكثر شيوعًا، والتي تمنع الأجرام السماوية من الاصطدام ببعضها البعض، وتحافظ على حركتها في مساراتها بشكل منتظم.

وهي التي تحافظ على قوة الجذب بين جميع الأجسام الموجودة في الكون، حيث كلما زادت كتلة الجرم السماوي، أو زادت المسافة بين الأجرام السماوية زادت قوة الجاذبية بينها، ومنها جاذبية الكرة الأرضية لجميع الأجسام التي لها وزن حولها. وأول من أدرك وجود هذه القوى هو العالم الفيزيائي إسحاق نيوتن، حيث شرح العديد من القوانين المتعلقة بقوة الجذب، وتقاس قوة الجاذبية من خلال معرفة تسارع السقوط الحر وكتلة الجسم عبر قانون نيوتن الثاني.

تفسير القوة الكهرومغناطيسية

تسمى القوة الكهرومغناطيسية بقوة لورنتز، وهي القوة المسؤولة عن ترابط الذرات داخل المادة ببعضها البعض اعتمادًا على خصائصها الفيزيائية والكيميائية. تتكون من قوى مغناطيسية وقوى كهربائية معًا، حيث تنشأ القوى الكهربائية بين الجسيمات المشحونة المتحركة أو الثابتة، أما القوى المغناطيسية فتساهم في تحريك الجسيمات المشحونة، مما يؤدي إلى تشكيل مجال كهربائي، سواء أكان الجسيم متحركًا أو ثابتًا.

تحتوي كل من أشعة الشمس والضوء والأجسام المشعة الأخرى على الفوتونات، والتي تعد الجسيم المسؤول عن حمل القوة الكهرومغناطيسية، ومن الأمثلة على أهمية هذه القوة:

• يساهم إشعاع غاما تحت تأثير القوة الكهرومغناطيسية بالسماح للنواة بفقد طاقتها.
• يعد المجال المغناطيسي المحيط بالكرة الأرضية من نتائج القوة الكهرومغناطيسية، والذي يساهم في منع وصول الأشعة الضارة من الشمس نحو الأرض.
• يمنع التنافر الإلكتروستاتيكي بين الشحنات المتشابهة داخل الشمس من اندماج نويات الهيدروجين بسرعة عالية.
• تستخدم القوة المغناطيسية في مولد الكهرباء لإنتاج مجالات مغناطيسية حتى تتم عملية الحث الكهرومغناطيسي، كما تستخدم في أجهزة التصوير الخاصة بالرنين المغناطيسي، والأجراس الكهربائية.

المصادر

1. فرقاني فارس،التماسك في المادة وفي الفضاء، صفحة 1. بتصرّف.
2. فرقاني فارس،التماسك في المادة وفي الفضاء، صفحة 2. بتصرّف.
3. فرقاني فارس،التماسك في المادة وفي الفضاء، صفحة 6. بتصرّف.
4. بوزيان زكرياء،التماسك في المادة وفي الفضاء، صفحة 1. بتصرّف.
5. Christine Sutton (3/4/2020),”Strong force”,britannica.com, Retrieved 30/6/2021. Edited.
6. Jim Lucas (1/11/2014),”What Is the Strong Force?”,livescience.com, Retrieved 30/6/2021. Edited.
7. Richard Webb,”Strong nuclear force”,newscientist.com, Retrieved 30/6/2021. Edited.
8. Christine Sutton (30/5/2019),”Weak interaction”,britannica.com, Retrieved 30/6/2021. Edited.
9. Robert Matthews (1/5/2008),” Use the force”,theguardian.com, Retrieved 30/6/2021. Edited.
10. Richard Webb ,”Weak nuclear force”,newscientist.com, Retrieved 30/6/2021. Edited.
11. Jim Lucas (24/12/2014),”What Is the Weak Force?”,livescience.com, Retrieved 30/6/2021. Edited.
12. David Wood,”Gravitational Force: Definition, Equation & Examples”,study.com, Retrieved 30/6/2021. Edited.
13. Alan H. Cook (12/11/2020),”gravity”,britannica.com, Retrieved 30/6/2021. Edited.
14. Robert Matthews (1/5/2008),”Use the force”,theguardian.com, Retrieved 30/6/2021. Edited.
15. “Electromagnetic force”,energyeducation.ca, Retrieved 30/6/2021. Edited.
16. لؤي عصام (16/9/2018)،”القوى الكونية الأربعة: الكهرومغناطيسية”،ساينتفك عرب، اطّلع عليه بتاريخ 30/6/2021. بتصرّف.
17. Phillip E. (9/1/2017),”What are examples of electromagnetic force?”,socratic.org, Retrieved 30/6/2021. Edited.
18. Aritra G. (7/1/2015),”Why is electromagnetism so important?”,socratic.org, Retrieved 30/6/2021. Edited.