تويت
كهرطيسيه (قوه) Electromagnetic force - Force électromagnétique
الكهرطيسية (القوة ـ)
القوة الكهرطيسية electromagnetic force هي إحدى القوى الأساسية الأربع في الطبيعة، وهي القوى التي تعبر عن التأثيرات المتبادلة، أو التآثرات بين الأجسام أو الجسيمات.
يبدو للوهلة الأولى أنه توجد أنواع كثيرة من القوى: القوة العضلية وقوة شد النابض وقوة الريح وقوة ضغط البخار وقوة الاحتكاك وقوة جذب المغنطيس وقوة الجاذبية الأرضية…إلخ. إلا أن نظرة معمقة تبين أن كل القوى في الطبيعة التي تُشاهد في الحياة اليومية، على اختلاف أشكالها الظاهرية، تعود إلى قوتين فقط، وهناك نوعان آخران من القوة لا يفعلان إلا داخل النوى الذرية ولا تشاهد آثارهما في الحياة اليومية.
أولى القوتين اللتين تشاهدان في الحياة اليومية هي قوة الثقالة gravitational force وهي المسؤولة عن ثقل الأجسام وعن سقوطها نحو سطح الأرض، وهي تؤثر بين الكتل المادية فتنجذب بسببها إحداها نحو الأخرى. فهي المسؤولة عن التجاذب بين الكواكب والشمس أو بين الأرض والقمر. وهي قوة ضعيفة جداً إذا قورنت بالقوى الأخرى؛ ولذلك لا يمكن عملياً مشاهدة تجاذب كتلتين ماديتين ما لم تكونا، أو تكون إحداهما على الأقل كبيرة جداً (مثل كتلة نجم أو كوكب أو قمر)، وتأثيرها على الجسيمات الأولية مهمل تماماً. وهذه القوة تتناسب طرداً مع جداء الكتلتين وعكساً مع مربع المسافة بينهما، فهي ذات مدى طويل. والقوة الثانية هي القوة الكهرطيسية، وهي أشد بنحو 4110 مرة من قوة الثقالة. وهي تظهر عادة وكأنها ظاهرتان مختلفتان هما القوة الكهربائية، أو الكهربائية الساكنة التي تسبب التجاذب بين الشحنات الكهربائية السالبة والموجبة والتنافر بين الشحنات الكهربائية المتماثلة، والقوة المغنطيسية التي تسبب مثلاً توجه إبرة البوصلة نحو القطب الشمالي. وكان ماكسويل[ر] هو أول من بين أن القوة الكهربائية الساكنة والقوة المغنطيسية ما هما سوى مظهرين لظاهرة واحدة؛ ولذلك يعرفان اليوم عادة بالاسم المشترك: القوة الكهرطيسية. وهذه القوة هي التي تُبقي الإلكترونات في مداراتها حول النوى في الذرات، وهي المسؤولة عن تماسك الجزيئات التي تكوّن الأجسام الصلبة. وكل ما يُشاهد من قوى متنوعة المظاهر، باستثناء الثقالة، هي في حقيقة الأمر ليست سوى نتيجة التدافع أو التجاذب الكهربائي بين إلكترونات الذرات التي تتألف منها الأجسام قاطبة. وقوة التجاذب أو التدافع الكهربائي هذه تتناسب طرداً مع جداء الشحنتين الكهربائيتين وعكساً مع مربع المسافة بينهما، وفق ما يسمى قانون كولون Coulomb. فحين يضرب لاعب كرة القدم، على سبيل المثال، الكرة بقدمه فتندفع عنها بشدة، أو حين يُطرق مسمار بمطرقة فينغرس في الخشب تكون القوة التي أثرت في الكرة أو قي المسمار هي قوة التدافع الكهربائي بين ذرات الجسمين حين اقترب أحدهما من الآخر اقتراباً شديداً فأصبحت المسافة بينهما صغيرة جداً حتى على المستوى الذري. والقوة الكهرطيسية شأنها في ذلك شأن قوة الثقالة ذات مدى طويل، لانهائي، بخلاف القوتين النوويتين: القوة النووية الشديدة strong nuclear force والقوة النووية الضعيفة weak nuclear force اللتين مداهما قصير جداً لا يتجاوز أبعاد النواة. فالقوة الشديدة وهي أشد القوى الأساسية كلها هي المسؤولة عن تماسك البروتونات والنترونات داخل النواة، وهي المسؤولة عن التفاعلات النووية وما ينتج منها من تفجيرات نووية أو طاقة نووية يمكن استخدامها للأغراض السلمية كتوليد الكهرباء. أما القوة الضعيفة فهي المسؤولة عن عدم استقرار بعض النوى وعن معظم عمليات تفككها مثل التفكك بيتا beta (β) الذي تصدر بنتيجته أشعة بيتا. وشدة هذه القوة 10-6 من القوة الشديدة فقط.
تصف الفيزياء الحديثة التآثرات بين الجسيمات بدلالة فعل جسيمات، أو كمّات quanta، الحقل. ففي حالة التآثر الكهرطيسي جسيمات الحقل هي الفوتونات. وبلغة الفيزياء الحديثة يمكن القول إن القوة الكهرطيسية تفعل بوساطة الفوتونات التي هي كمّات الحقل الكهرطيسي. وبالمثل فإن القوة الشديدة تفعل بوساطة جسيمات تدعى الغلوونات gluons والقوة الضعيفة بوساطة جسيمات تدعى البوزونات W وZ وقوة الثقالة بوساطة كمات حقل الثقالة المسماة غرافيتونات gravitons. جميع كمات الحقل هذه اكتشفت تجريبياً ما عدا الغرافيتون الذي يحتمل ألا يكتشف أبداً بسبب ضعف الحقل الثقالي. ويلخص الجدول (1) هذه التآثرات الأساسية وشداتها النسبية، مقارنة بالقوة الشديدة، ومدى كل منها وجسيم الحقل الذي ينقلها.
القوة الشدة النسبية المدى جسيم الحقل
الشديدة 1 قصير (1 فمتومتر = 10-15 متر) غلوون
الكهرطيسية 10-2 طويل (متناسب عكساً مع مربع البعد) فوتون
الضعيفة 10-6 قصير (10-3 فمتومتر تقريباً) بوزون +W وبوزون Z0
الثقالية 10-43 طويل (متناسب عكساً مع مربع البعد) غرافيتون
الجدول (1)
ويعتقد الفيزيائيون أن هذه التآثرات ربما كانت في الأصل ذات منشأ واحد؛ ولذلك تجرى بحوث نظرية لتوحيدها، وقد أمكن حتى اليوم توحيد القوتين الكهرطيسية والضعيفة وأصبح يطلق عليهما اسم القوة الكهرضعيفة electroweak force.
بسام المعصراني
الكهرطيسية (القوة ـ)
القوة الكهرطيسية electromagnetic force هي إحدى القوى الأساسية الأربع في الطبيعة، وهي القوى التي تعبر عن التأثيرات المتبادلة، أو التآثرات بين الأجسام أو الجسيمات.
يبدو للوهلة الأولى أنه توجد أنواع كثيرة من القوى: القوة العضلية وقوة شد النابض وقوة الريح وقوة ضغط البخار وقوة الاحتكاك وقوة جذب المغنطيس وقوة الجاذبية الأرضية…إلخ. إلا أن نظرة معمقة تبين أن كل القوى في الطبيعة التي تُشاهد في الحياة اليومية، على اختلاف أشكالها الظاهرية، تعود إلى قوتين فقط، وهناك نوعان آخران من القوة لا يفعلان إلا داخل النوى الذرية ولا تشاهد آثارهما في الحياة اليومية.
أولى القوتين اللتين تشاهدان في الحياة اليومية هي قوة الثقالة gravitational force وهي المسؤولة عن ثقل الأجسام وعن سقوطها نحو سطح الأرض، وهي تؤثر بين الكتل المادية فتنجذب بسببها إحداها نحو الأخرى. فهي المسؤولة عن التجاذب بين الكواكب والشمس أو بين الأرض والقمر. وهي قوة ضعيفة جداً إذا قورنت بالقوى الأخرى؛ ولذلك لا يمكن عملياً مشاهدة تجاذب كتلتين ماديتين ما لم تكونا، أو تكون إحداهما على الأقل كبيرة جداً (مثل كتلة نجم أو كوكب أو قمر)، وتأثيرها على الجسيمات الأولية مهمل تماماً. وهذه القوة تتناسب طرداً مع جداء الكتلتين وعكساً مع مربع المسافة بينهما، فهي ذات مدى طويل. والقوة الثانية هي القوة الكهرطيسية، وهي أشد بنحو 4110 مرة من قوة الثقالة. وهي تظهر عادة وكأنها ظاهرتان مختلفتان هما القوة الكهربائية، أو الكهربائية الساكنة التي تسبب التجاذب بين الشحنات الكهربائية السالبة والموجبة والتنافر بين الشحنات الكهربائية المتماثلة، والقوة المغنطيسية التي تسبب مثلاً توجه إبرة البوصلة نحو القطب الشمالي. وكان ماكسويل[ر] هو أول من بين أن القوة الكهربائية الساكنة والقوة المغنطيسية ما هما سوى مظهرين لظاهرة واحدة؛ ولذلك يعرفان اليوم عادة بالاسم المشترك: القوة الكهرطيسية. وهذه القوة هي التي تُبقي الإلكترونات في مداراتها حول النوى في الذرات، وهي المسؤولة عن تماسك الجزيئات التي تكوّن الأجسام الصلبة. وكل ما يُشاهد من قوى متنوعة المظاهر، باستثناء الثقالة، هي في حقيقة الأمر ليست سوى نتيجة التدافع أو التجاذب الكهربائي بين إلكترونات الذرات التي تتألف منها الأجسام قاطبة. وقوة التجاذب أو التدافع الكهربائي هذه تتناسب طرداً مع جداء الشحنتين الكهربائيتين وعكساً مع مربع المسافة بينهما، وفق ما يسمى قانون كولون Coulomb. فحين يضرب لاعب كرة القدم، على سبيل المثال، الكرة بقدمه فتندفع عنها بشدة، أو حين يُطرق مسمار بمطرقة فينغرس في الخشب تكون القوة التي أثرت في الكرة أو قي المسمار هي قوة التدافع الكهربائي بين ذرات الجسمين حين اقترب أحدهما من الآخر اقتراباً شديداً فأصبحت المسافة بينهما صغيرة جداً حتى على المستوى الذري. والقوة الكهرطيسية شأنها في ذلك شأن قوة الثقالة ذات مدى طويل، لانهائي، بخلاف القوتين النوويتين: القوة النووية الشديدة strong nuclear force والقوة النووية الضعيفة weak nuclear force اللتين مداهما قصير جداً لا يتجاوز أبعاد النواة. فالقوة الشديدة وهي أشد القوى الأساسية كلها هي المسؤولة عن تماسك البروتونات والنترونات داخل النواة، وهي المسؤولة عن التفاعلات النووية وما ينتج منها من تفجيرات نووية أو طاقة نووية يمكن استخدامها للأغراض السلمية كتوليد الكهرباء. أما القوة الضعيفة فهي المسؤولة عن عدم استقرار بعض النوى وعن معظم عمليات تفككها مثل التفكك بيتا beta (β) الذي تصدر بنتيجته أشعة بيتا. وشدة هذه القوة 10-6 من القوة الشديدة فقط.
تصف الفيزياء الحديثة التآثرات بين الجسيمات بدلالة فعل جسيمات، أو كمّات quanta، الحقل. ففي حالة التآثر الكهرطيسي جسيمات الحقل هي الفوتونات. وبلغة الفيزياء الحديثة يمكن القول إن القوة الكهرطيسية تفعل بوساطة الفوتونات التي هي كمّات الحقل الكهرطيسي. وبالمثل فإن القوة الشديدة تفعل بوساطة جسيمات تدعى الغلوونات gluons والقوة الضعيفة بوساطة جسيمات تدعى البوزونات W وZ وقوة الثقالة بوساطة كمات حقل الثقالة المسماة غرافيتونات gravitons. جميع كمات الحقل هذه اكتشفت تجريبياً ما عدا الغرافيتون الذي يحتمل ألا يكتشف أبداً بسبب ضعف الحقل الثقالي. ويلخص الجدول (1) هذه التآثرات الأساسية وشداتها النسبية، مقارنة بالقوة الشديدة، ومدى كل منها وجسيم الحقل الذي ينقلها.
القوة الشدة النسبية المدى جسيم الحقل
الشديدة 1 قصير (1 فمتومتر = 10-15 متر) غلوون
الكهرطيسية 10-2 طويل (متناسب عكساً مع مربع البعد) فوتون
الضعيفة 10-6 قصير (10-3 فمتومتر تقريباً) بوزون +W وبوزون Z0
الثقالية 10-43 طويل (متناسب عكساً مع مربع البعد) غرافيتون
الجدول (1)
ويعتقد الفيزيائيون أن هذه التآثرات ربما كانت في الأصل ذات منشأ واحد؛ ولذلك تجرى بحوث نظرية لتوحيدها، وقد أمكن حتى اليوم توحيد القوتين الكهرطيسية والضعيفة وأصبح يطلق عليهما اسم القوة الكهرضعيفة electroweak force.
بسام المعصراني