تعتبر القوة الكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة إحدى القوى التي تعمل على توازن الحياة التي يعيشها الأنسان؛ إذ أن لها تطبيقات كبيرة في تشكيل الكون؛ وتعتبر هاتان القوتان مكونات القوة الكهروضعيفة التي هي مزيج القوة الكهرزمغناطيسية والقوة الكهربائية والقوة الضعيفة معا.
الكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة
القوة الضعيفة
هي واحدة من القوى التي تحكم كل مادة في الكون (القوى الثلاثة الأخرى هي الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوة الشديدة)؛ بينما تعمل القوى الأخرى على إبقاء الأشياء مرتبطة معًا؛ حيث أن القوة الضعيفة تلعب دورًا أكبر في تفكك الأشياء أو تحللها.
القوة الضعيفة، أو التفاعل الضعيف، أقوى من الجاذبية، لكنها فعالة فقط على مسافات قصيرة جدًا؛ حيث إنه يعمل على المستوى دون الذري ويلعب دورًا مهمًا في تزويد النجوم بالطاقة وخلق العناصر، كما أنها مسؤولة عن الكثير من الإشعاع الطبيعي الموجود في الكون.
القوة الكهرومغناطيسية
القوة الكهرومغناطيسية، وتسمى أيضًا قوة لورنتز، حيث تعمل بين الجسيمات المشحونة، مثل الإلكترونات سالبة الشحنة والبروتونات موجبة الشحنة، إذ أن الشحنات المتقابلة تجتذب بعضها البعض بينما الشحنات المتشابهة تتنافر؛ وكلما زادت الشحنة زادت القوة ومثل الجاذبية إلى حد كبير يمكن الشعور بهذه القوة من مسافة لا نهائية (على الرغم من أن القوة ستكون صغيرة جدًا جدًا عند تلك المسافة).
كما أنها تتكون القوة الكهرومغناطيسية من جزأين: القوة الكهربائية والقوة المغناطيسية، في البداية وصف الفيزيائيون هذه القوى بأنها منفصلة عن بعضها البعض لكن الباحثين أدركوا لاحقًا أن الاثنين مكونان لنفس القوة.
يعمل المكون الكهربائي بين الجسيمات المشحونة سواء كانت متحركة أو ثابتة مما يخلق مجالًا يمكن من خلاله أن تؤثر الشحنات على بعضها البعض.
لكن بمجرد أن تبدأ تلك الجسيمات التي تحمل الشحنة في الحركة فهي تعمل على توضيح المكون الثاني وهو القوة المغناطيسية، حيث تصنع الجسيمات مجالًا مغناطيسيًا يحيطها وهي تتحرك؛ لذلك عندما تقوم الإلكترونات بتكبير سلك لشحن الكمبيوتر أو الهاتف أو تشغيل التلفزيون على سبيل المثال يصبح السلك ممغنطًا.
كيف تؤثر القوة الضعيفة والكهرومغناطيسية على الطبيعة
تنتقل القوى الكهرومغناطيسية بين الجسيمات المشحونة من خلال التبديل بين البوزونات عديمة الكتلة الحاملة للقوة والتي تسمى الفوتونات وهي أيضًا مكونات جسيمية للضوء؛ ومع ذلك فإن الفوتونات التي تحمل القوة والتي تتبادل بين الجسيمات المشحونة هي منظور مختلف للفوتونات.
إنها افتراضية ولا يمكن اكتشافها، على الرغم من أنها تقنيًا نفس الجسيمات مثل النسخة الحقيقية والقابلة للاكتشاف، القوة الكهرومغناطيسية مسؤولة عن بعض الظواهر الأكثر شيوعًا: الاحتكاك والمرونة والقوة العادية والقوة التي تربط المواد الصلبة معًا في شكل معين.
وهي مسؤولة عن السحب التي تتواجه كل شيء يطير، ويمكن أن تحدث هذه الإجراءات بسبب تفاعل الجسيمات المشحونة (أو المحايدة) مع بعضها البعض، إذ أن القوة الطبيعية التي تبقي الكتاب على سطح الطاولة (بدلًا من أن تسحب الجاذبية الكتاب إلى الأرض)، هي نتيجة لصد الإلكترونات في ذرات الجدول للإلكترونات الموجودة في ذرات الكتاب.
كيف تساعد الكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة في توحيد الطبيعة
هدف علماء الفيزياء الذين يدرسون الجاذبية الكمومية إلى وصف القوة من منظور عالم الكم مما قد يساعد في الدمج؛ من الأمور الأساسية في هذا النهج اكتشاف الجرافيتونات البوزون الحامل للقوة النظرية لقوة الجاذبية؛ حيث أن الجاذبية هي القوة الأساسية الوحيدة التي يستطيع الفيزيائيون وصفها حاليًا دون استخدام الجسيمات الحاملة للقوة.
لكن نظرًا لأن توصيفات جميع القوى الأساسية الأخرى تتطلب جسيمات حاملة للقوة ، يتوقع العلماء أن الجرافيتونات يجب أن توجد على المستوى دون الذري – لم يعثر الباحثون على هذه الجسيمات بعد؛ ومما يزيد القصة تعقيدًا هو العالم غير المرئي للمادة المظلمة والطاقة المظلمة؛ والتي تشكل ما يقرب من 95٪ من الكون.
ومن غير الواضح ما إذا كانت المادة المظلمة والطاقة تتكونان من جسيم واحد أو مجموعة كاملة من الجسيمات التي لها قوتها الخاصة والبوزونات المرسلة، إن جسيم الرسول الأساسي الذي يثير الاهتمام الحالي هو الفوتون المظلم النظري والذي من شأنه أن يتوسط التفاعلات بين الكون المرئي والكون غير المرئي.
إذا كانت الفوتونات المظلمة موجودة فستكون المفتاح لاكتشاف العالم غير المرئي للمادة المظلمة ويمكن أن تؤدي إلى اكتشاف قوة أساسية خامسة حتى الآن وعلى الرغم من ذلك؛ لا يوجد دليل على وجود فوتونات مظلمة موجودة وقد قدمت بعض الأبحاث أدلة قوية على عدم وجود هذه الجسيمات.
خصائص القوة الضعيفة والكهرومغناطيسية
- خصائص القوة الضعيفة: تعمل القوة النووية الضعيفة داخل النوكليونات الفردية مما يعني أنها أقصر مدى من القوة القوية وهي القوة التي تهيء للبروتونات بالتحول إلى نيوترونات والعكس أيضا من خلال اضمحلال بيتا؛ وهذا يحافظ على التوازن الصحيح للبروتونات والنيوترونات في النواة.
القوة الضعيفة مهمة جدًا في الاندماج النووي الذي يحدث في الشمس، حيث تم إنشاء الاندماج النووي أيضًا في المختبرات وتتطلب هذه العملية قوة ضعيفة لتعمل أيضًا؛ إن حجم الكون لقائمة من المرئيات توضح مدى قصر القوة الضعيفة؛ كما أن القوة الضعيفة أضعف بكثير من القوة الشديدة أو القوة الكهرومغناطيسية لكنها أقوى قليلاً من قوة الجاذبية.
لقد وحدت الفيزياء الحديثة القوى الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة في القوة الكهروضعيفة، وهناك جهد مستمر لمحاولة توحيد جميع القوى في نظرية موحدة كبيرة؛ ويستغرق الفهم الكامل للقوة الضعيفة سنوات عديدة من الدراسة ولكن بعض الأماكن الممتعة للبدء منها تشمل hyperphysics أو مدونة البروفيسور مات ستراسلر.
- خصائص الكهرومغناطيسية: تسمى القوة الكهرومغناطيسية لأنها تتضمن القوة الكهربائية المميزة سابقًا والقوة المغناطيسية؛ إذ أن القوى المغناطيسية والقوى الكهربائية هي في الحقيقة نفس القوة الأساسية، والقوة الكهرومغناطيسية هي إحدى القوى الأساسية الأربعة.
تعمل القوة الكهربائية بين جميع الجسيمات المشحونة سواء كانت تتحرك أم لا، وتعمل القوة المغناطيسية بين تحريك الجسيمات المشحونة، وهذا يعني أن كل جسيم مشحون يعطي مجالًا كهربائيًا سواء كان متحركًا أم لا.
تحرك الجسيمات المشحونة (مثل تلك الموجودة في التيار الكهربائي ) يعطي مجالات مغناطيسية، طور أينشتاين نظريته النسبية من فكرة أنه إذا تحرك المراقب مع الجسيمات المشحونة فإن المجالات المغناطيسية تتحول إلى مجالات كهربائية والعكس صحيح.
حالة خاصة للقوة الكهرومغناطيسية عندما تكون جميع الشحنات عبارة عن شحنة نقطية (أو يمكن تقسيمها إلى شحنة نقطية) هو قانون كولوم.
يمكن وصف القوة بأنها دفع أو سحب كائن؛ وهو نتاج كتلة وتسارع الجسم، وهذا يعني أنه يتسبب في تغيير الجسم لحالته ووحدة SI الخاصة بها هي Newton (N)؛ حيث أن هناك أربع قوى أساسية في الطبيعة هم؛ القوى النووية القوية والكهرومغناطيسية والجاذبية والقوى النووية الضعيفة.
