تا کنون تنها چهار نوع از میدانهای نیرو کشف شده اند : گرانش ، الکترومغناطیسی ، نیروی هسته ای قوی و ضعیف. که هر یک ذرات خاص خود را دارند : به ترتیب گراویتونها ، فوتونها ، گلئونها و بوزونهای Z و W. هر نوع نیرو مطابق با نوعی پرتو است. هر چند دوتا از آن پرتوها ، پرتو گرانشی و الکترومغناطیسی در فاصله ای بسیار بزرگتر از ابعاد هسته اتمی انتشار می یابند. در هر مرحله ، ذره ، پرتو یا نیروهای زمینه ای مختلف از وجود فیزیکی مربوطه را بازگو می کنند.

گرانش ساده ترین نیروست و برای جفت شدن فقط به حضور انرژی نیاز دارد. بنابراین گرانش صورتهای انرژی را به صورتهای دیگر تبدیل می کند (این شامل هر دو میدان نیرو و ماده می گردد). هر ذره از هر نوعی که باشد ، به این دلیل که برای وجود باید انرژی منتقل کند ، یک نیروی گرانشی احساس می کند. این نیرو برای تمامی شکلها ماده ، به صورت گرانی است. نیروی گرانشی ، تمایل به حرکت دادن اجسام به سوی یکدیگر دارد ـ تا کنون هیچ نوع گرانش منفی مشاهده نشده است. اگر چه در برخی حالتها از نظر فیزیکی امکان پذیر است و چنین به نظر میرسد که به صورت بحرانی در آغاز انفجار بزرگ با اهمیت بوده است. در نهایت باید گفت که این نیرو دارای بعد طولانی است. مهم نیست که اجسام چقدر از هم فاصله دارند ، گرانش آنها را با هم جفت میکند. به همین دلیل گرانش مهمترین نیرو در میان اجسام بسیار بزرگ است. که حتی در میان خورشید و سیاراتش  و همچنین در داخل کهکشانها ، این نیرو وجود دارد ؛ و همچنین ، گرانش انبساط جهان را نیز تحت کنترل خویش دارد.

گرانش نخستین نیرو با یک رابطه دقیق ریاضی بود ؛ قانون جهانی گرانش نیوتن نشان داد که همان نیرو (گرانی) سقوط سیب به سطح زمین ، سقوط دائمی ماه و سقوط سیارات در مدارشان را تحت کنترل دارد. پرتو گرانش ، یعنی امواج گرانشی به صورت مستقیم کشف نشده اند ، هر چند که انرژی از دست رفته آن به صورت غیر مستقیم اندازه گیری می شود.

الکترومغناطیسی نیرویی است پیچیده تر از گرانش ؛ به منظور جفت شدن با این نیرو ، به بار الکتریکی نیاز است. بر خلاف انرژی که تمام ذرات دارای آن هستند ، بار الکتریکی خصوصیتی است که برخی از ذرات دارند و بقیه فاقد آن می باشند. از آنجا که برخی از انواع ماده از نظر الکتریکی خنثی هستند ، هیچ نیروی الکتریکی را احساس نمی کنند. همچنین بار الکتریکی با دو علامت مثبت و منفی ظاهر می شود که اگر هر دو از نظر عددی به یک اندازه باشند  ، یکدیگر را خنثی می کنند. نیروی الکتریکی میان ذرات می تواند از نوع گرانی باشد (برای بارهای مخالف) یا از نوع دافعه باشد (برای بارهای موافق). نیروهای مغناطیسی که همانند نیروهای الکتریکی در نهاد و وجود اجسام قرار دارند ، اگر دارای حرکت بارها باشند ، زیاد می شوند. همانند جریان الکتریکی منظم در داخل یک سیم پیچ یا اتمهایی که در سوزن یک قطب نما ، در یک راستا قرار گرفته اند. نیروهای الکترومغناطیسی همانند گرانشی ، در فواصل زیاد عمل می کنند. میدانهای الکترومغناطیسی بر روی بادهای خورشیدی و پرتوهای کیهانی [و آب و هوای زمین] تاثیر می گذارند. آنها در بین کهکشانها گسترش می یابند ، شکل گیری ستارگان را کنترل می کنند و اصل و خاستگاه اصلی انرژی از سیاهچاله ها را کاتالیزه می نمایند.

تمامی نوری که شامل پرتوها از رادیو موج در میان نور مرئی تا اشعه ایکس است ، از جنبش میدانهای الکترومغناطیسی تشکیل شده است. واقعیت شگفت آوری که در قرن نوزدهم صریحا ً توضیح داده شد ، همین مورد بود. تمام اختلافات آشکار میان انواع گوناگون پرتوها تنها از چگونگی سریع یا کند جنبیدن الکترونها ، فرکانس و یا طول موج نور نشات می گیرند. باید توجه کرد که نور در ذات خود از نظر الکتریکی باردار نیست و فقط با بار الکتریکی جفت می شود. نور از همان میدانهای الکترومغناطیسی شکل یافته است که عقربه قطب نما را می گردانند و موهای سر شما را به صورت ایستاده نگه میدارند. همین حضور و حرکت اجسامی که بار الکتریکی دارند ، این میدانها را ایجاد می کند.

الکترومغناطیس به همراه قوانین مکانیک کوانتومی ، ساختار ابرهای الکترونی که بیشتر توده های اتمی را در مواد معمولی بوجود آورده اند ، مشخص می کند. این نیرو همچنین رفتار شیمیایی تمام اتمها و مولکولها و چیزهایی را که ما از آنها درست شده ایم تحت کنترل خود دارد.

نیروی قوی که همچنین نیروی «رنگ دینامیکی» نیز نامیده میشود ، از نظر ریاضی پیچیده ترین نیروهاست. اگر چه این نیرو ، اعتبار مهمی برای ساختن ماده دارد ، در زندگی روزمره به طور مستقیم و واضح درک نمی شود. نیروی قوی بر خلاف بار الکتریکی منفرد ، با یک «بار قوی» مرکب و پیچیده که «رنگ» نامیده میشود ، جفت می گردد و در سه نوع مختلف می باشد : R (قرمز) G (سبز) و B  (آبی). این بارها می توانند در یک ذره منفرد با یکدیگر ترکیب شوند و نیرو به این ترکیب بستگی دارد. نیروهای قوی می توانند از نوع جاذبه یا دافعه باشند. آنها حتی می توانند یک جانبه باشند. در بعضی جهات اغلب توام و در برخی جهات دیگر جدا از هم هستند. نظر به اینکه تنها یک فوتون وجود دارد (و آن یک نوع پرتو الکترومغناطیسی است) ، رنگهای مختلف تنها در بسامد با هم اختلاف دارند. هشت نوع متمایز از گلئونها نیروی قوی را تشکیل می دهند ، هشت نوع مختلف از «نور قوی» بر خلاف فوتونها. گلئونها خودشان بارهای رنگی را که با آنها جفت شده اند ، حمل می کنند. به دلیل اینکه فوتونها از نظر الکتریکی خنثی هستند ، دو پرتو نور به راحتی از میان یکدیگر عبور می کنند. نور هرگز از خود روشنایی ساطع نمی کند و تنها ماده می تواند این کار را انجام دهد. ولی گلئونها از نشر دیگر گلئونها به دست می آیند و خود همیشه گلئونهای دیگری را منتشر می سازند. این «خود واکنشی» ، نیروهای گلئونی موثری را در یک محدوده کوچک به وجود می آورند. آنها هیچ گاه از هم دور نمی شوند و به فواصل دور نمی روند. نیروهای قوی همیشه به خنثی کردن یکدیگر اقدام می کنند. این نیرو تنها در فواصل کوچک و انرژی ذره ای بالا عمل می کنند. این نیرو اندازه ها و اشکال  هسته اتمها و اجتماعات کوچک نوترونها و پروتونها (نوکلئونها) در مرکز اتمها را کنترل می کند. هسته اتم بیشتر جرم اتم را شامل می شود ؛ در واقع بیشتر جرم ، از انرژی گلو ئونیک درست شده است. این مطلب غیر منتظره به نظر می رسد که ما گلوئونها ـ را که ماده نیستند و نیرو می باشند ـ به عنوان تشکیل دهنده بیشتر جرم اجسام تلقی کنیم. ذهن ما چقدر آرامش می باید که مرزهای ناشناخته طبیعت را بپذیرد!! نیروی قوی مشخص می کند که هسته کدامین اتمها در طبیعت به طور پایدار وجود دارند و کدام عناصر شیمیایی می توانند وجود داشته باشند.

نیروی ضعیف ، با بار پیچیده و به خصوصی جفت می شود که « هم اسپین» ضعیف نام دارد. این نام پس از مشاهده رفتار یک اسپین وابسته به ریاضی برگزیده شد. بر خلاف گراویتونها ، فوتونها و گلئونها و بوزونهای W و Z که نیروی ضعیف را منتقل می کنند ، جرم دارند که به این نیرو یک برد بسیار کوتاهی می دهد. در واقع آنقدر کوتاه که واکنشهای ضعیف کاملا ً به ندرت اتفاق می افتند و پرتو تولید شده از ذرات Wو Z حتی نمی توانند به اندازه کافی حرکت کنند تا از یک هسته اتمی بگذرند. اگر چه نیروی ضعیف ، ظریف و کند است ، بسیار حائز اهمیت می باشد ؛ چرا که ذرات را در میان اشکال مختلف و تقریبا ً پایدار تغییر شکل می دهد (به عنوان مثال از نوترون به پروتون). این گونه نابودی ، ترکیب هسته را تغییر می دهد و یک عنصر را بع دیگری متحول می گرداند ؛ پرتوزایی تریتیوم که به عقربه های ساعت نیرو و توان می دهد ، در حال نابودی از یک شکل هیدروژن سنگین به یک ایزوتوپ سبکتر هلیوم می باشد.

شباهتهایی که در میان صفات این نیروها به چشم میخورد ، شاید یک عمومیت ژرفتری از آن چیزی را که تحت الشعاع خود دارند ، منعکس کنند. در سطحی فراتر از دانش ، تمامی نیروها ممکن است در نهایت به عنوان صورتهای مختلف یک نیروی واحد و منفرد شناخته شوند. در واقع مثل همان ارتباطی که پیش از میان نیروی الکترومغناطیسی و نیروی ضعیف ظاهر گردید و هر دو بعنوان نیروی « الکتروضعیف»  با هم متحد شدند. تقارن بنیادین میان این نیروها هم اکنون بعلت پدیده ای که «شکست تقارن اسپوتانئوس» نامیده می شود ، قابل مشاهده است که مجموعه میدانها را وادار به قرار گرفتن در سطح کمترین انرژی هدایت می کند که این سطح تقارن میان نیروها را رعایت نمی کند. در چنین وضعیتی ، برخی از میدانهای الکتروضعیف شبیه به فوتونها و میدانهای دیگر همانند بوزونهای سنگین Wو Z هستند.

فرآیند فرعی مورد علاقه در طی این شکست تقارن این است که به ذرات جرم سکون می بخشد که در غیر اینصورت ، بی جرم خواهند بود ؛ همانند الکترون. هم اینک نظریه های زیادی برای وحدت و یگانگی با شکوه تر نیروها وجود دارند. نظریه های عمده وحدت ، متوجه اتحاد میان نیروهای قوی و الکتروضعیف بوسیله همان طرح رایج برای یگانگی الکتروضعیف هستند. به نظر می رسد که وحدت با نیروی گرانش خیلی مشکلتر باشد و شاید مستلزم اتحاد نیروها با ماده باشد. در واقع این برای نیرویی مناسب است که با تمامی صورتهای انرژی جفت گردد

امتیاز شما به این مطلب