دراسة حول التماسك في المادة وفي الفضاء
سنستعرض هنا بعض المعلومات المفيدة التي يمكن أن تشكل دراسة عن التماسك في المادة وفي الفضاء:
مكونات الكون على المستوى العياني
يتكون الكون من عدد هائل من الأجسام المعروفة وغير المعروفة، والتي لا يدركها إلا خالقها سبحانه وتعالى. تتضمن مكونات الكون الأساسية ثلاث عناصر رئيسية كما يلي:
- المجموعة الشمسية: تضم العديد من الأجرام السماوية مثل الكواكب والمذنبات والصخور الفضائية التي تشكلت منذ حوالي 6 مليارات عام.
- الشمس: تُعَد نجمًا متوسط الحجم يضاهي حجمه 3.1 مليون ضعف لحجم الأرض، وكتلته تساوي 33 ألف ضعف لكتلة الأرض، وتبعد عنها حوالي 150 مليون كيلومتر.
- المجرات: يُقدَّر عدد المجرات في الكون بحوالي 521 مجرة. تنتمي مجرتنا إلى مجموعة مجرات تُعرف باسم “العذراء”، ويُقدَّر الفاصل بينها وبين أبعَد مجرة بحوالى 90 ألف مليار كيلومتر.
مكونات الكون على المستوى المجهري
يحتوي الكون على عدد لا يمكن حصره من البنيات المختلفة التي تؤدي إلى تكوين أجسام ميكروسكوبية، ويمكن تصنيف هذه البنيات بناءً على أحجامها على النحو التالي:
- الجزيئات: حجم تقريبًا 10-9 م³.
- الفيروسات: حجم تقريبًا 10-7 م³.
- نواة الذرة: حجم تقريبًا 10-14 م³.
- الذرة: حجم تقريبًا 10-10 م³.
- الكواركات: حجم تقريبًا 10-18 م³.
- نواة الذرة (البروتون والنيترون): حجم تقريبًا 10-15 م³.
القوى الكونية
يمتلك الكون أربع قوى أساسية تساهم في الحفاظ على تماسك المادة على المستويين العياني والمجهري، وهي كالتالي:
- القوى النووية القوية: تؤثر بشكل ملحوظ على نواة الذرة، حيث تبلغ شدتها حوالي 1 ومداها حوالي 10−15 م.
- القوى النووية الضعيفة: تؤثر على نوى الذرات المختلفة، وتبلغ شدتها حوالي 10-6 ومداها حوالي 10-17 م.
- القوى الكهرومغناطيسية: تؤثر على الذرات والجزيئات عبر قوى التجاذب والتنافر، وتبلغ شدتها حوالي 01، بينما مداها غير محدود.
- قوة الجاذبية: تعمل على تجاذب كل مكونات الكون والمجرات، وتبلغ شدتها 10-40 ومداها أيضًا غير محدود.
القوة النووية القوية
تُمثل القوة النووية القوية العنصر الرئيسي المسؤول عن التفاعلات الطبيعية بين الجزيئات الأساسية، والتي تُعرف بالكواركات. وبفضل هذه القوة، تتشكل مكونات نواة الذرة (البروتونات والنيترونات)، مما يجعلها من أقوى القوى الطبيعية لأن تأثيرها يزداد داخل النواة وينخفض مع زيادة المسافة بين النوى في الذرات.
تظهر هذه القوة نتيجة لخاصية اللون، التي تشبه الشحنة الكهربائية، لكنها لا تكشف عن معناها الحقيقي. تُعتبر هذه القوة المصدر الرئيسي للقوى النووية القوية، وأفضل مثال لها هو ما يحدث خلال الانشطار النووي في القنابل النووية أو خلال الاندماج النووي في الشمس.
القوة النووية الضعيفة
تعتبر القوة النووية الضعيفة المسؤولة عن النشاط الإشعاعي، حيث تتميز بكونها ضعيفة ومداها محدود، بحيث لا تستطيع تجاوز حدود الذرة.
تعمل هذه القوة على تحليل الأجسام الأولية الصغيرة التي تشكل الذرة مثل الميزونات، مما يُفسر لنا ظواهر العناصر المشعة الطبيعية.
تم اكتشاف هذه القوة على يد العالم الكيميائي الفرنسي هنري بيكريل في عام 1896، عندما كان يقوم بفحص بلورات عنصر اليورانيوم خلال توهجه في الظلام بعد تعرضه لأشعة الشمس.
وبالرغم من ضعف هذه القوة، إلا أنها تمثل أهمية كبيرة كما يلي:
- الحفاظ على إشعاع النجوم والشمس.
- تساعد على استمرار التفاعلات النووية المسؤولة عن هذا الإشعاع.
- تمد النجوم بالطاقة اللازمة لمواصلة نشاطها.
- تساهم في تكوين العناصر، وتُعتبر أقوى من قوة الجاذبية.
قوة الجاذبية
- تُعرف أيضًا بقوة الجاذبية، وهي واحدة من أشهر القوى الكونية التي تمنع تصادم الأجرام السماوية، وتعمل على تنظيم حركتها في مسارات منتظمة.
- تحافظ هذه القوة على التفاعل الجاذبي بين كافة الأجسام في الكون. كلما زادت كتلة الأجرام السماوية أو زادت المسافة بينها، تزداد القوة الجاذبة، خاصة جاذبية كوكب الأرض تجاه الأجرام التي تدور حوله.
- إسحاق نيوتن هو أول من اكتشف هذه القوة، حيث وضّح عددًا من القوانين المتعلقة بقوة الجاذبية.
- ويتم قياس قوة الجاذبية من خلال تسارع السقوط الحر وكتلة الجسم طبقًا لقانون نيوتن الثاني.
القوة الكهرومغناطيسية
- تُعرف أيضًا بقوة لورنتز، وهي القوة التي تربط ذرات المادة ببعضها، اعتمادًا على خصائصها الفيزيائية والكيميائية.
- تتكون هذه القوة من تفاعل القوى الكهربائية والمغناطيسية؛ حيث تتولد القوى الكهربائية بين الأجسام ذات الشحنات، سواء كانت متحركة أو ثابتة.
- بينما تساعد القوى المغناطيسية على تحريك هذه الأجسام المشحونة، مما ينتج عنه تشكيل مجال كهربائي بغض النظر عن حركة الأجسام.
- توجد الفوتونات، التي تُحمل القوة الكهرومغناطيسية، في أشعة الشمس والضوء وأجسام مضيئة أخرى.
- تكمن أهمية القوة الكهرومغناطيسية في:
- تأثيرها على إشعاع غاما، مما يؤدي إلى فقد الطاقة من النواة.
- توفير قوة مغناطيسية تحيط بكوكب الأرض تساعد في دفع أشعة الشمس الضارة بعيدًا عنها.
- استخدام القوة المغناطيسية في مولدات الكهرباء لإنتاج مجالات مغناطيسية، مما ينتج عنه حدوث الحث الكهرومغناطيسي.
- كما تُستخدم في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي والأجراس الكهربائية.
