أربعة تفاعلات أساسية. القوى الأساسية للكون 4 قوى في الفيزياء

تشكل السحب المجرية الأولية بعد أقل من مليار سنة من الانفجار الكبير
الرسم التوضيحي: أدولف شالر، معرض هابل (ناسا)

نحن ندرك جيدًا قوة الجاذبية التي تبقينا على الأرض وتجعل من الصعب الطيران إلى القمر. والكهرومغناطيسية، والتي بفضلها لا ننقسم إلى ذرات فردية ويمكننا توصيل أجهزة الكمبيوتر المحمولة. فيزيائي koptchickيتحدث عن قوتين أخريين تجعلان الكون كما هو تمامًا.

منذ المدرسة، ونحن جميعا نعرف قانون الجاذبية العالمية وقانون كولومب. الأول يشرح لنا كيف يتفاعلون (ينجذبون) مع بعضهم البعض كائنات ضخمةمثل النجوم والكواكب. يظهر آخر (تذكر تجربة عصا الإيبونيت) ما هي قوى الجذب والتنافر التي تنشأ بين الأجسام المشحونة كهربائيًا.

ولكن هل هذه هي المجموعة الكاملة من القوى والتفاعلات التي تحدد مظهر الكون الذي نلاحظه؟

تقول الفيزياء الحديثة أن هناك أربعة أنواع من التفاعلات الرئيسية (الأساسية) بين الجسيمات في الكون. لقد تحدثت بالفعل عن اثنين منهم أعلاه ويبدو أن كل شيء بسيط معهم، لأن مظاهرهم تحيط بنا باستمرار الحياة اليومية: هذا هو التفاعل الجاذبية والكهرومغناطيسي.

لذلك، بسبب الإجراء الأول، نقف بثبات على الأرض ولا تطير بعيدا مساحة مفتوحة. والثاني، على سبيل المثال، يضمن انجذاب الإلكترون إلى البروتون الموجود في الذرات التي نتكون منها جميعًا، وفي النهاية، جذب الذرات لبعضها البعض (أي أنه مسؤول عن تكوين الجزيئات والأنسجة البيولوجية، وما إلى ذلك). .). لذلك على وجه التحديد بسبب قوى التفاعل الكهرومغناطيسي، على سبيل المثال، اتضح أنه ليس من السهل تفجير رأس جار مزعج، ولهذا الغرض يتعين علينا اللجوء إلى مساعدة فأس وسائل مرتجلة مختلفة.

ولكن هناك أيضًا ما يسمى بالتفاعل القوي. ما هو المسؤول عنه؟ ألم تتفاجأ في المدرسة بحقيقة أنه على الرغم من نص قانون كولومب على أن الشحنتين الموجبتين يجب أن تتنافران (فقط الشحنات المتضادة تتجاذب)، فإن نوى العديد من الذرات موجودة بهدوء في حد ذاتها. لكنها تتكون، كما تتذكر، من البروتونات والنيوترونات. النيوترونات هي نيوترونات لأنها محايدة وليس لها شحنة كهربائية، ولكن البروتونات مشحونة بشحنة موجبة. ويتساءل المرء ما هي القوى التي يمكن أن تتماسك (على مسافة تريليون من الميكرون - وهو أصغر بألف مرة من الذرة نفسها!) عدة بروتونات، والتي، وفقًا لقانون كولومب، يجب أن تتنافر مع بعضها البعض مع الطاقة الرهيبة؟

التفاعل القوي - يوفر التجاذب بين الجزيئات الموجودة في النواة؛ كهرباء - تنافر
يتم تنفيذ هذه المهمة العملاقة حقًا للتغلب على قوى كولومب من خلال التفاعل القوي. لذلك، لا أكثر ولا أقل، بسبب ذلك، لا تزال البروتونات (وكذلك النيوترونات) في النواة تنجذب لبعضها البعض. بالمناسبة، تتكون البروتونات والنيوترونات نفسها أيضًا من جسيمات "أولية" أكثر - الكواركات. لذلك تتفاعل الكواركات أيضًا وتجذب بعضها البعض "بقوة". لكن لحسن الحظ، على عكس نفس تفاعل الجاذبية، الذي يعمل أيضًا على مسافات كونية تبلغ عدة مليارات من الكيلومترات، فإن التفاعل القوي، كما يقولون، قصير الأجل. وهذا يعني أن مجال "الجذب القوي" المحيط ببروتون واحد لا يعمل إلا على مقاييس صغيرة، يمكن مقارنتها في الواقع بحجم النواة.

لذلك، على سبيل المثال، لا يمكن للبروتون الموجود في نواة إحدى الذرات، على الرغم من تنافر كولوم، أن يأخذ بروتونًا من ذرة مجاورة ويجذبه "بقوة". وبخلاف ذلك، فإن كل مادة البروتون والنيوترون الموجودة في الكون يمكن أن "تنجذب" إلى مركز كتلة مشترك وتشكل "نواة خارقة" ضخمة واحدة. ومع ذلك، يحدث شيء مماثل في السماكة النجوم النيوترونية، والتي، كما هو متوقع، في يوم واحد (حوالي خمسة مليارات سنة من الآن) سوف تتقلص شمسنا.

لذا فإن التفاعل الرابع والأخير من التفاعلات الأساسية في الطبيعة هو ما يسمى بالتفاعل الضعيف. ليس من قبيل الصدفة أن يطلق عليه هذا الاسم: فهو لا يعمل فقط حتى على مسافات أقصر من التفاعل القوي، ولكنه أيضًا منخفض جدًا في الطاقة. لذلك، على عكس "شقيقه القوي"، تنافر كولومب، فإنه لن يتغلب.

من الأمثلة الصارخة التي توضح ضعف التفاعلات الضعيفة الجسيمات التي تسمى النيوترينوات (يمكن ترجمتها بـ "نيوترون صغير" أو "نيوترون"). هذه الجسيمات، بطبيعتها، لا تشارك في تفاعلات قوية، وليس لديها شحنة كهربائية (وبالتالي ليست عرضة للتفاعلات الكهرومغناطيسية)، ولها كتلة ضئيلة حتى بمعايير العالم الصغير، وبالتالي فهي غير حساسة عمليا للتفاعلات الكهرومغناطيسية. الجاذبية، في الواقع، قادرة فقط على التفاعلات الضعيفة.

ماذا؟ النيوترينوات تمر من خلالي؟!
في الوقت نفسه، يتم إنشاء النيوترينوات بكميات هائلة حقا في الكون، ويخترق التدفق الضخم لهذه الجزيئات باستمرار سمك الأرض. على سبيل المثال، في حجم علبة الثقاب، يوجد في المتوسط حوالي 20 نيوترينو في أي وقت معين. وهكذا، يمكنك أن تتخيل برميلًا ضخمًا من كاشف الماء، وكمية لا تصدق من النيوترينوات التي تطير عبره في أي لحظة. لذلك، عادة ما يتعين على العلماء الذين يعملون على هذا الكاشف الانتظار لعدة أشهر للحصول على فرصة محظوظة بحيث "يشعر" نيوترينو واحد على الأقل ببرميله ويتفاعل فيه مع قواه الضعيفة.

ومع ذلك، على الرغم من ضعفه، فإن هذا التفاعل يلعب دورا مهما للغاية في الكون وفي حياة الإنسان. وبذلك يتبين أنها مسؤولة عن أحد أنواع النشاط الإشعاعي - ألا وهو اضمحلال بيتا، وهو الثاني (بعد النشاط الإشعاعي غاما) من حيث درجة خطورة تأثيره على الكائنات الحية. وما لا يقل أهمية هو أنه بدون تفاعل ضعيف سيكون الأمر مستحيلا التفاعلات النووية الحراريةويتدفق في أحشاء العديد من النجوم ومسؤول عن إطلاق طاقة النجم.

هؤلاء هم فرسان صراع الفناء الأربعة للتفاعلات الأساسية التي تحكم العرض في الكون: التفاعلات القوية والكهرومغناطيسية والضعيفة والجاذبية.

إن الإنجازات الحديثة في فيزياء الطاقة العالية تعزز بشكل متزايد فكرة أن تنوع خصائص الطبيعة يرجع إلى تفاعل الجسيمات الأولية. يبدو أنه من المستحيل إعطاء تعريف غير رسمي للجسيم الأولي، منذ ذلك الحين نحن نتحدث عنحول العناصر الأساسية للمادة. على المستوى النوعي، يمكننا أن نقول أن الجسيمات الأولية حقا هي أشياء مادية لا تملكها عناصر.
من الواضح أن مسألة الطبيعة الأولية للأشياء المادية هي في المقام الأول مسألة تجريبية. على سبيل المثال، ثبت تجريبيًا أن الجزيئات والذرات والنواة الذرية لها بنية داخلية تشير إلى وجود الأجزاء المكونة لها. ولذلك، لا يمكن اعتبارها جسيمات أولية. وفي الآونة الأخيرة، تم اكتشاف أن الجسيمات مثل الميزونات والباريونات لها أيضًا بنية داخلية، وبالتالي فهي ليست أولية. وفي الوقت نفسه، لم يتم ملاحظة البنية الداخلية للإلكترون مطلقًا، وبالتالي يمكن تصنيفه على أنه جسيم أولي. مثال آخر للجسيم الأولي هو كم الضوء - الفوتون.
تشير البيانات التجريبية الحديثة إلى أنه لا يوجد سوى أربعة أنواع مختلفة نوعيًا من التفاعلات التي تشارك فيها الجسيمات الأولية. تسمى هذه التفاعلات بالأساسية، أي الأكثر أساسية، أولية، أولية. إذا أخذنا في الاعتبار تنوع خصائص العالم من حولنا، فمن المدهش تمامًا أنه في الطبيعة لا يوجد سوى أربعة تفاعلات أساسية مسؤولة عن جميع الظواهر الطبيعية.
بالإضافة إلى الاختلافات النوعية، تختلف التفاعلات الأساسية كميابقوة النفوذ التي يتميز بها هذا المصطلح شدة. ومع زيادة الشدة، يتم ترتيب التفاعلات الأساسية بالترتيب التالي: الجاذبية، والضعيفة، والكهرومغناطيسية، والقوية. ويتميز كل من هذه التفاعلات بمعلمة مقابلة تسمى ثابت الاقتران، والذي تحدد قيمته العددية شدة التفاعل.
كيف تقوم الأشياء المادية بالتفاعلات الأساسية مع بعضها البعض؟ على المستوى النوعي، الجواب على هذا السؤال هو كما يلي. تتم التفاعلات الأساسية بواسطة الكميات. علاوة على ذلك، في المجال الكمي، تتوافق التفاعلات الأساسية مع الجسيمات الأولية المقابلة، والتي تسمى الجسيمات الأولية - حاملات التفاعلات. في عملية التفاعل، ينبعث جسم مادي جزيئات - ناقلات التفاعل، والتي يمتصها كائن مادي آخر. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن الأشياء تبدو وكأنها تشعر ببعضها البعض، وطاقتها، وطبيعة حركتها، وتغيير حالتها، أي أنها تعاني من التأثير المتبادل.
في فيزياء الطاقة العالية الحديثة، أصبحت فكرة توحيد التفاعلات الأساسية ذات أهمية متزايدة. وفقًا لأفكار التوحيد، يوجد في الطبيعة تفاعل أساسي واحد فقط، والذي يتجلى في مواقف محددة مثل الجاذبية، أو الضعيفة، أو الكهرومغناطيسية، أو القوية، أو مزيج منها. كان التنفيذ الناجح لأفكار التوحيد هو إنشاء النظرية الموحدة القياسية الآن للتفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. ويجري العمل حاليًا على تطوير نظرية موحدة للتفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية، تسمى نظرية التوحيد الكبرى. تُبذل محاولات لإيجاد مبدأ لتوحيد التفاعلات الأساسية الأربعة. سننظر بالتتابع في المظاهر الرئيسية للتفاعلات الأساسية.

تفاعل الجاذبية

هذا التفاعل عالمي بطبيعته، حيث تشارك فيه جميع أنواع المادة، وجميع الأشياء الطبيعية، وجميع الجزيئات الأولية! النظرية الكلاسيكية (غير الكمومية) المقبولة عمومًا لتفاعل الجاذبية هي النظرية النسبية العامة لأينشتاين. تحدد الجاذبية حركة الكواكب في الأنظمة النجمية، وتلعب دورًا مهمًا في العمليات التي تحدث في النجوم، وتتحكم في تطور الكون، الظروف الأرضيةتتجلى كقوة جذب متبادل. بالطبع، لقد أدرجنا عددًا صغيرًا فقط من الأمثلة من القائمة الضخمة لتأثيرات الجاذبية.
وفق النظرية العامةالنسبية، ترتبط الجاذبية بانحناء الزمكان ويتم وصفها فيما يسمى بالهندسة الريمانية. حاليًا، تتناسب جميع البيانات التجريبية والرصدية المتعلقة بالجاذبية مع إطار النظرية النسبية العامة. ومع ذلك، لا توجد بيانات حول مجالات الجاذبية القوية بشكل أساسي، لذا فإن الجوانب التجريبية لهذه النظرية تحتوي على العديد من الأسئلة. يؤدي هذا الوضع إلى ظهور نظريات بديلة مختلفة للجاذبية، والتي لا يمكن تمييز تنبؤاتها عمليا عن تنبؤات النسبية العامة للتأثيرات الفيزيائية في النظام الشمسي، ولكنها تؤدي إلى عواقب مختلفة في مجالات الجاذبية القوية.
إذا أهملنا جميع التأثيرات النسبية واقتصرنا على مجالات الجاذبية الثابتة الضعيفة، فإن النظرية النسبية العامة ستختزل إلى النظرية النيوتونية الجاذبية العالمية. في هذه الحالة، كما هو معروف، فإن الطاقة المحتملة للتفاعل بين جسيمين نقطيين مع الكتل م 1 و م 2 تعطى بالعلاقة

حيث r هي المسافة بين الجسيمات، وG هو ثابت الجاذبية النيوتوني، الذي يلعب دور ثابت تفاعل الجاذبية. توضح هذه العلاقة أن طاقة التفاعل المحتملة V(r) غير صفرية لأي r محدود وتنخفض إلى الصفر ببطء شديد. ولهذا السبب، يقال إن تفاعل الجاذبية طويل المدى.
من بين التنبؤات الفيزيائية العديدة للنظرية النسبية العامة، نلاحظ ثلاثة. لقد ثبت نظريًا أن اضطرابات الجاذبية يمكن أن تنتشر في الفضاء على شكل موجات تسمى موجات الجاذبية. إن نشر اضطرابات الجاذبية الضعيفة متشابه في كثير من النواحي موجات كهرومغناطيسية. وسرعتها تساوي سرعة الضوء، ولها حالتان من الاستقطاب، وتتميز بظاهرتي التداخل والحيود. ومع ذلك، بسبب التفاعل الضعيف للغاية بين موجات الجاذبية والمادة، لم تكن ملاحظتها التجريبية المباشرة ممكنة بعد. ومع ذلك، فإن البيانات من بعض الملاحظات الفلكيةيشير فقدان الطاقة في أنظمة النجوم المزدوجة إلى احتمال وجود موجات الجاذبية في الطبيعة.
تظهر دراسة نظرية لظروف توازن النجوم في إطار النظرية النسبية العامة أنه في ظل ظروف معينة، يمكن للنجوم الضخمة بما فيه الكفاية أن تبدأ في الانهيار بشكل كارثي. وتبين أن هذا ممكن في مراحل متأخرة إلى حد ما من تطور النجم، عندما يكون الضغط الداخلي الناجم عن العمليات المسؤولة عن لمعان النجم غير قادر على موازنة ضغط قوى الجاذبية التي تميل إلى ضغط النجم. ونتيجة لذلك، لا يمكن إيقاف عملية الضغط بأي شيء. تسمى الظاهرة الفيزيائية الموصوفة، والتي تم التنبؤ بها نظريًا في إطار النظرية النسبية العامة، بانهيار الجاذبية. أثبتت الدراسات أنه إذا أصبح نصف قطر النجم أقل مما يسمى بنصف قطر الجاذبية

آر جي = 2GM/c2،

حيث M هي كتلة النجم، و c هي سرعة الضوء، ثم بالنسبة للمراقب الخارجي ينطفئ النجم. لا يمكن لأي معلومات حول العمليات التي تحدث في هذا النجم أن تصل إلى مراقب خارجي. في هذه الحالة، الأجسام التي تسقط على النجم تعبر بحرية نصف قطر الجاذبية. وإذا كان المقصود من الراصد أن يكون مثل هذا الجسم، فلن يلاحظ أي شيء سوى زيادة في الجاذبية. وبالتالي، هناك منطقة من الفضاء يمكن للمرء الدخول إليها، ولكن لا يمكن لأي شيء أن يخرج منها، بما في ذلك شعاع الضوء. وتسمى هذه المنطقة من الفضاء بالثقب الأسود. يعد وجود الثقوب السوداء أحد التنبؤات النظرية للنظرية النسبية العامة، وقد تم بناء بعض النظريات البديلة للجاذبية بطريقة تمنع هذا النوع من الظواهر. وفي هذا الصدد، فإن مسألة حقيقة الثقوب السوداء لها حصرا مهم. توجد حاليًا بيانات رصدية تشير إلى وجود ثقوب سوداء في الكون.
في إطار النظرية النسبية العامة، كان من الممكن لأول مرة صياغة مشكلة تطور الكون. وهكذا، فإن الكون ككل لا يصبح موضوعًا للتكهنات التأملية، بل يصبح موضوعًا للعلوم الفيزيائية. فرع الفيزياء الذي يتعامل مع الكون ككل يسمى علم الكونيات. لقد أصبح من الثابت الآن أننا نعيش في عالم يتوسع.
ترتكز الصورة الحديثة لتطور الكون على فكرة أن الكون، بما في ذلك سماته مثل المكان والزمان، نشأ نتيجة لظاهرة فيزيائية خاصة تسمى الانفجار الكبير، وهو في توسع منذ ذلك الحين. ووفقا لنظرية تطور الكون، فإن المسافات بين المجرات البعيدة يجب أن تزداد مع مرور الوقت، ويجب أن يمتلئ الكون بأكمله بالإشعاع الحراري مع درجة حرارة حوالي 3 كلفن. وتتوافق هذه التنبؤات النظرية بشكل ممتاز مع التوقعات الفلكية. بيانات الرصد. علاوة على ذلك، تشير التقديرات إلى أن عمر الكون، أي الزمن الذي انقضى منذ الانفجار الكبير، يبلغ نحو 10 مليارات سنة. أما بالنسبة لتفاصيل الانفجار الكبير، فهذه الظاهرة لم تتم دراستها بشكل جيد ويمكننا الحديث عن سر الانفجار الكبير كتحدي العلم الفيزيائيعمومًا. من الممكن أن يكون تفسير آلية الانفجار الكبير مرتبطًا بقوانين طبيعة جديدة غير معروفة حتى الآن. شائع نظرة حديثةالحل المحتمل لمشكلة الانفجار الكبير يعتمد على فكرة الجمع بين نظرية الجاذبية وميكانيكا الكم.

مفهوم الجاذبية الكمومية

هل من الممكن حتى الحديث عن المظاهر الكمومية لتفاعل الجاذبية؟ كما هو شائع، فإن مبادئ ميكانيكا الكم عالمية وتنطبق على أي جسم مادي. وفي هذا المعنى، فإن مجال الجاذبية ليس استثناءً. وتظهر الدراسات النظرية ذلك المستوى الكمييتم تفاعل الجاذبية بواسطة جسيم أولي يسمى الجرافيتون. تجدر الإشارة إلى أن الغرافيتون هو بوزون عديم الكتلة وله دوران 2. ويوصف تفاعل الجاذبية بين الجسيمات الناتج عن تبادل الغرافيتون بشكل تقليدي على النحو التالي:

يصدر الجسيم جرافيتون، مما يتسبب في تغير حالة حركته. يمتص جسيم آخر الجرافيتون ويغير أيضًا حالة حركته. ونتيجة لذلك، تتفاعل الجزيئات مع بعضها البعض.
وكما أشرنا من قبل، فإن ثابت الاقتران الذي يميز تفاعل الجاذبية هو الثابت النيوتوني G. ومن المعروف أن G هي كمية بعدية. من الواضح أنه لتقدير شدة التفاعل، من المناسب أن يكون هناك ثابت اقتران بلا أبعاد. للحصول على مثل هذا الثابت، يمكنك استخدام الثوابت الأساسية: (ثابت بلانك) و c (سرعة الضوء) - وإدخال بعض الكتلة المرجعية، على سبيل المثال كتلة البروتون m p. عندها سيكون ثابت الاقتران عديم الأبعاد لتفاعل الجاذبية

جم ع 2 /(ج) ~ 6·10 -39 ,

وهي بالطبع قيمة صغيرة جدًا.
ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أنه من الثوابت الأساسية G، و c، من الممكن بناء كميات لها أبعاد الطول والزمن والكثافة والكتلة والطاقة. وتسمى هذه الكميات بكميات بلانك. على وجه الخصوص، يبدو طول بلانك l Pl وزمن بلانك t Pl كما يلي:

كل ثابت فيزيائي أساسي يميز دائرة معينة الظواهر الفيزيائية: ز - ظواهر الجاذبية، - الكم، ج - النسبية. لذلك، إذا كانت بعض العلاقات تتضمن G، و، وc في نفس الوقت، فهذا يعني أن هذه العلاقة تصف ظاهرة الجاذبية والكم والنسبية في نفس الوقت. وبالتالي فإن وجود كميات بلانك يشير إلى احتمال وجود ظواهر مناظرة لها في الطبيعة.
وبطبيعة الحال، فإن القيم العددية لـ l Pl و t Pl صغيرة جدًا مقارنة بالقيم المميزة للكميات في العالم الكبير. لكن هذا يعني فقط أن تأثيرات الجاذبية الكمومية تظهر بشكل ضعيف. يمكن أن تكون ذات أهمية فقط عندما تصبح المعلمات المميزة قابلة للمقارنة بقيم بلانك.
ومن السمات المميزة لظواهر العالم الصغير حقيقة أن الكميات الفيزيائية تخضع لما يسمى بالتقلبات الكمومية. وهذا يعني أنه مع القياسات المتكررة الكمية الماديةفي حالة معينة، مختلفة جذريا القيم العددية، بسبب التفاعل غير المنضبط للجهاز مع الكائن المرصود. دعونا نتذكر أن الجاذبية ترتبط بظهور انحناء الزمكان، أي بهندسة الزمكان. لذلك، ينبغي توقع أنه في أوقات ترتيب t Pl والمسافات من ترتيب l Pl، يجب أن تصبح هندسة الزمكان كائنًا كميًا، ويجب أن تتعرض الخصائص الهندسية لتقلبات كمية. بمعنى آخر، في مقياس بلانك لا توجد هندسة ثابتة للزمكان، وبالمعنى المجازي، الزمكان عبارة عن رغوة تغلي.
تسلسلي نظرية الكملم يتم بناء الجاذبية. نظرًا للقيم الصغيرة جدًا لـ l Pl، t Pl، فمن المتوقع أنه في أي مستقبل منظور لن يكون من الممكن إجراء تجارب تظهر فيها تأثيرات الجاذبية الكمومية. ولذلك، يظل البحث النظري في مسائل الجاذبية الكمومية هو السبيل الوحيد للمضي قدمًا. ومع ذلك، هل هناك ظواهر قد تكون فيها الجاذبية الكمومية مهمة؟ نعم، هناك، وقد تحدثنا عنها بالفعل. هذا هو انهيار الجاذبية والانفجار الكبير. وفقًا للنظرية الكلاسيكية للجاذبية، يجب ضغط الجسم المعرض لانهيار الجاذبية إلى حجم صغير بشكل تعسفي. وهذا يعني أن أبعادها يمكن أن تصبح قابلة للمقارنة مع l Pl، حيث لم تعد النظرية الكلاسيكية قابلة للتطبيق. وبنفس الطريقة، أثناء الانفجار الكبير، كان عمر الكون مشابهًا لـ tPl وكانت أبعاده في حدود lPl. وهذا يعني أن فهم فيزياء الانفجار الكبير أمر مستحيل في إطار النظرية الكلاسيكية. وبالتالي، لا يمكن تنفيذ وصف المرحلة الأخيرة من انهيار الجاذبية والمرحلة الأولية لتطور الكون إلا باستخدام نظرية الكم للجاذبية.

التفاعل ضعيف

هذا التفاعل هو الأضعف بين التفاعلات الأساسية التي تمت ملاحظتها تجريبيًا في حالات الاضمحلال الجسيمات الأولية، حيث تكون التأثيرات الكمومية ذات أهمية أساسية. دعونا نتذكر أن المظاهر الكمومية لتفاعل الجاذبية لم يتم ملاحظتها مطلقًا. ويتم تمييز التفاعل الضعيف باستخدام القاعدة التالية: إذا شارك في عملية التفاعل جسيم أولي يسمى النيوترينو (أو النيوترينو المضاد)، فإن هذا التفاعل يكون ضعيفًا.

ومن الأمثلة النموذجية للتفاعل الضعيف هو اضمحلال بيتا للنيوترون

ن + ه - + ه،

حيث n نيوترون، p بروتون، e إلكترون، e إلكترون مضاد النيوترينو. ومع ذلك، ينبغي أن يؤخذ في الاعتبار أن القاعدة المذكورة أعلاه لا تعني على الإطلاق أن أي فعل من التفاعل الضعيف يجب أن يكون مصحوبًا بالنيوترينو أو النيوترينو المضاد. ومن المعروف أن عددًا كبيرًا من اضمحلال النيوترينولز يحدث. على سبيل المثال، يمكننا أن نلاحظ عملية اضمحلال هايبرون لامدا إلى بروتون p وبيون سالب الشحنة π − . وفقًا للمفاهيم الحديثة، فإن النيوترون والبروتون ليسا جسيمات أولية حقًا، بل يتكونان من جسيمات أولية تسمى الكواركات.
تتميز شدة التفاعل الضعيف بثابت اقتران فيرمي G F . الثابت G F هو الأبعاد. لتكوين كمية بلا أبعاد، من الضروري استخدام بعض الكتلة المرجعية، على سبيل المثال كتلة البروتون m p. ثم سيكون ثابت الاقتران بدون أبعاد

ز ف م ع 2 ~ 10 -5 .

ويمكن ملاحظة أن التفاعل الضعيف أقوى بكثير من تفاعل الجاذبية.
التفاعل الضعيف، على عكس تفاعل الجاذبية، يكون قصير المدى. وهذا يعني أن القوة الضعيفة بين الجزيئات لا تلعب دورًا إلا إذا كانت الجزيئات قريبة بدرجة كافية من بعضها البعض. فإذا تجاوزت المسافة بين الجزيئات قيمة معينة تسمى نصف القطر المميز للتفاعل، فإن التفاعل الضعيف لا يظهر نفسه. وقد ثبت تجريبياً أن نصف القطر المميز للتفاعل الضعيف يبلغ حوالي 10 - 15 سم، أي أن التفاعل الضعيف يتركز على مسافات أصغر من حجم النواة الذرية.
لماذا يمكن أن نتحدث عن التفاعل الضعيف كنوع مستقل من التفاعل الأساسي؟ الجواب بسيط. لقد ثبت أن هناك عمليات تحول للجسيمات الأولية لا تقتصر على التفاعلات الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوية. أحد الأمثلة الجيدة التي توضح أن هناك ثلاثة تفاعلات مختلفة نوعيًا في الظواهر النووية يأتي من النشاط الإشعاعي. تشير التجارب إلى وجود ثلاثة أنواع مختلفة من النشاط الإشعاعي: -، -، و -الاضمحلال الإشعاعي. في هذه الحالة، يكون الاضمحلال بسبب التفاعل القوي، ويكون الاضمحلال بسبب التفاعل الكهرومغناطيسي. أما الانحلال المتبقي فلا يمكن تفسيره بالتفاعلات الكهرومغناطيسية والقوية، ونحن مضطرون إلى قبول أن هناك تفاعلًا أساسيًا آخر يسمى التفاعل الضعيف. في الحالة العامةترجع الحاجة إلى إدخال تفاعل ضعيف إلى حقيقة حدوث عمليات في الطبيعة يتم فيها حظر الانحلال الكهرومغناطيسي والقوي بموجب قوانين الحفظ.
على الرغم من أن التفاعل الضعيف يتركز بشكل كبير داخل النواة، إلا أن له مظاهر عيانية معينة. وكما أشرنا سابقًا، فهو يرتبط بعملية النشاط الإشعاعي بيتا. بالإضافة إلى ذلك، يلعب التفاعل الضعيف دوراً مهماً فيما يسمى بالتفاعلات النووية الحرارية المسؤولة عن آلية إطلاق الطاقة في النجوم.
الخاصية الأكثر إثارة للدهشة للتفاعل الضعيف هي وجود عمليات يتجلى فيها عدم تناسق المرآة. للوهلة الأولى، يبدو واضحًا أن الفرق بين مفهومي اليسار واليمين هو فرق اعتباطي. في الواقع، فإن عمليات التفاعل الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوي ثابتة فيما يتعلق بالانعكاس المكاني، الذي يؤدي إلى انعكاس المرآة. ويقال أنه في مثل هذه العمليات يتم الحفاظ على التكافؤ المكاني P. ومع ذلك، فقد ثبت تجريبيا أن العمليات الضعيفة يمكن أن تستمر مع عدم الحفاظ على التكافؤ المكاني، وبالتالي يبدو أنها تشعر بالفرق بين اليسار واليمين. حاليًا، هناك أدلة تجريبية قوية على أن عدم حفظ التكافؤ في التفاعلات الضعيفة هو أمر عالمي بطبيعته؛ فهو يتجلى ليس فقط في اضمحلال الجسيمات الأولية، ولكن أيضًا في الظواهر النووية وحتى الذرية. يجب أن ندرك أن عدم تناسق المرآة هو خاصية للطبيعة على المستوى الأساسي.
بدا عدم حفظ التكافؤ في التفاعلات الضعيفة هكذا خاصية غير عادية، أنه بعد اكتشافه مباشرة تقريبًا، قام المنظرون بمحاولات لإظهار أنه في الواقع هناك تماثل كامل بين اليسار واليمين، إلا أن له معنى أعمق مما كان يعتقد سابقًا. انعكاس المرآةيجب أن تكون مصحوبة باستبدال الجسيمات بالجسيمات المضادة (اقتران الشحنة C)، ومن ثم يجب أن تكون جميع التفاعلات الأساسية ثابتة. ومع ذلك، فقد ثبت لاحقًا أن هذا الثبات ليس عالميًا. هناك اضمحلال ضعيف لما يسمى بالكاونات المحايدة طويلة العمر إلى بيونات π + , π − , والتي ستكون محظورة إذا حدث الثبات المشار إليه بالفعل. وبالتالي، فإن الخاصية المميزة للتفاعل الضعيف هي عدم ثباته CP. من الممكن أن تكون هذه الخاصية مسؤولة عن حقيقة أن المادة الموجودة في الكون تسود بشكل كبير على المادة المضادة المبنية من الجسيمات المضادة. العالم والعالم المضاد غير متماثلين.
إن مسألة ما هي الجسيمات الحاملة للتفاعل الضعيف كانت غير واضحة لفترة طويلة. تم التوصل إلى التفاهم مؤخرًا نسبيًا في إطار النظرية الموحدة للتفاعلات الكهروضعيفة - نظرية واينبرج-سلام-جلاشو. من المقبول عمومًا الآن أن حاملات التفاعل الضعيف هي ما يسمى ببوزونات W ± وZ 0. هذه الجسيمات مشحونة بـ W ± وجسيمات Z 0 محايدة ذات دوران 1 وكتل تساوي من حيث الحجم 100 m p .

التفاعل الكهرومغناطيسي

جميع الأجسام المشحونة، وجميع الجسيمات الأولية المشحونة تشارك في التفاعل الكهرومغناطيسي. وبهذا المعنى، فهو عالمي تمامًا. النظرية الكلاسيكية للتفاعل الكهرومغناطيسي هي الديناميكا الكهربائية ماكسويل. يتم أخذ شحنة الإلكترون e كثابت اقتران.
إذا أخذنا في الاعتبار شحنتين نقطيتين q 1 و q 2 في حالة سكون، فسيتم تقليل تفاعلهما الكهرومغناطيسي إلى قوة كهروستاتيكية معروفة. وهذا يعني أن التفاعل طويل المدى ويضمحل ببطء مع زيادة المسافة بين الشحنات.
إن المظاهر الكلاسيكية للتفاعل الكهرومغناطيسي معروفة جيدًا ولن نتطرق إليها. من وجهة نظر نظرية الكم، فإن حامل التفاعل الكهرومغناطيسي هو فوتون الجسيم الأولي - بوزون عديم الكتلة ذو دوران 1. يتم وصف التفاعل الكهرومغناطيسي الكمي بين الشحنات بشكل تقليدي على النحو التالي:

يُصدر جسيم مشحون فوتونًا، مما يؤدي إلى تغير حالة حركته. ويمتص جسيم آخر هذا الفوتون ويغير أيضًا حالة حركته. ونتيجة لذلك، يبدو أن الجزيئات تستشعر وجود بعضها البعض. ومن المعروف أن الشحنة الكهربائية هي كمية بعدية. من الملائم تقديم ثابت الاقتران بدون أبعاد للتفاعل الكهرومغناطيسي. للقيام بذلك، تحتاج إلى استخدام الثوابت الأساسية و ج. ونتيجة لذلك، وصلنا إلى ثابت الاقتران عديم الأبعاد التالي، والذي يسمى ثابت البنية الدقيقة في الفيزياء الذرية α = e 2 /c ≈1/137.

ومن السهل أن نرى أن هذا الثابت يتجاوز بشكل كبير ثوابت الجاذبية والتفاعلات الضعيفة.
من وجهة نظر حديثة، تمثل التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة جوانب مختلفةالتفاعل الكهروضعيف الموحد. تم إنشاء نظرية موحدة للتفاعل الكهرومغناطيسي - نظرية واينبرج-سلام-جلاشو، والتي تشرح جميع جوانب التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة من موقع موحد. هل من الممكن أن نفهم على المستوى النوعي كيف يحدث تقسيم التفاعل المدمج إلى تفاعلات منفصلة تبدو مستقلة؟
وطالما أن الطاقات المميزة صغيرة بما فيه الكفاية، فإن التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة تكون منفصلة ولا تؤثر على بعضها البعض. ومع زيادة الطاقة، يبدأ تأثيرها المتبادل، وعند طاقات عالية بما فيه الكفاية، تندمج هذه التفاعلات في تفاعل كهروضعيف واحد. تُقدر طاقة التوحيد المميزة من حيث الحجم بـ 10 2 GeV (GeV اختصار لـ جيجا إلكترون فولت، 1 GeV = 10 9 eV، 1 eV = 1.6 10 -12 erg = 1.6 10 19 J). للمقارنة، نلاحظ أن الطاقة المميزة للإلكترون في الحالة الأرضية لذرة الهيدروجين تبلغ حوالي 10 -8 جيجا إلكترون فولت، وطاقة الارتباط المميزة للنواة الذرية حوالي 10 -2 جيجا إلكترون فولت، وطاقة الارتباط المميزة للمادة الصلبة حوالي 10 -10 جيجا إلكترون فولت. وهكذا فإن الطاقة المميزة للجمع بين التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة هائلة مقارنة بالطاقات المميزة في الفيزياء الذرية والنووية. ولهذا السبب، فإن التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة لا تظهر جوهرها الوحيد في الظواهر الفيزيائية العادية.

تفاعل قوي

التفاعل القوي هو المسؤول عن الاستقرار النوى الذرية. وبما أن النوى الذرية لمعظم العناصر الكيميائية مستقرة، فمن الواضح أن التفاعل الذي يمنعها من الاضمحلال يجب أن يكون قويًا جدًا. ومن المعروف أن النواة تتكون من بروتونات ونيوترونات. ولمنع البروتونات موجبة الشحنة من التشتت في اتجاهات مختلفة، من الضروري أن تكون هناك قوى تجاذب بينها تتجاوز قوى التنافر الكهروستاتيكي. إن التفاعل القوي هو المسؤول عن هذه القوى الجذابة.
السمة المميزة للتفاعل القوي هي استقلاليته. إن قوى الجذب النووية بين البروتونات، وبين النيوترونات، وبين البروتون والنيوترون هي نفسها في الأساس. ويترتب على ذلك أنه من وجهة نظر التفاعلات القوية، لا يمكن التمييز بين البروتون والنيوترون ويتم استخدام مصطلح واحد لهم نيوكليونأي جسيم النواة.

يمكن توضيح المقياس المميز للتفاعل القوي من خلال النظر في نويتين في حالة الراحة. تؤدي النظرية إلى الطاقة الكامنة لتفاعلهم في شكل إمكانات يوكاوا

حيث القيمة r 0 ≈10 -13 سم وتتزامن من حيث الحجم مع الحجم المميز للنواة، زهو ثابت اقتران التفاعل القوي. وتبين هذه العلاقة أن التفاعل القوي قصير المدى ويتركز بشكل كامل على مسافات لا تتجاوز الحجم المميز للنواة. عندما r > r 0 يختفي عمليا. من المظاهر العيانية المعروفة للتفاعل القوي تأثير النشاط الإشعاعي. ومع ذلك، يجب أن نأخذ في الاعتبار أن إمكانات يوكاوا ليست خاصية عالمية للتفاعل القوي ولا تتعلق بجوانبه الأساسية.
حاليًا، هناك نظرية كمومية للتفاعل القوي، تسمى الديناميكا اللونية الكمومية. ووفقا لهذه النظرية، فإن حاملات التفاعل القوي هي الجزيئات الأولية - الغلوونات. وفقا للمفاهيم الحديثة، تتكون الجسيمات المشاركة في التفاعل القوي والتي تسمى الهادرونات من جسيمات أولية - الكواركات.
الكواركات هي فرميونات ذات دوران 1/2 وكتلة غير صفرية. الخاصية الأكثر إثارة للدهشة في الكواركات هي شحنتها الكهربائية الكسرية. تتشكل الكواركات إلى ثلاثة أزواج (ثلاثة أجيال من الثنائيات)، يشار إليها على النحو التالي:

ش	ج
د	س	ب

يُطلق على كل نوع من الكواركات عادة اسم "نكهة"، لذلك هناك ستة نكهات للكواركات. في هذه الحالة، تمتلك كواركات u- وc- وt شحنة كهربائية قدرها 2/3|e| و d-، s-، b-quarks هي الشحنة الكهربائية -1/3|e|، حيث e هي شحنة الإلكترون. بالإضافة إلى ذلك، هناك ثلاثة كواركات ذات نكهة معينة. وهي تختلف في عدد كمي يسمى اللون، وهو له ثلاث قيم: الأصفر، الأزرق، الأحمر. يتوافق كل كوارك مع كوارك مضاد، له شحنة كهربائية معاكسة بالنسبة للكوارك المحدد وما يسمى بمضاد اللون: مضاد للأصفر، ومضاد للأزرق، ومضاد للأحمر. ومع الأخذ في الاعتبار عدد النكهات والألوان، نرى أن هناك ما مجموعه 36 كواركًا وكواركًا مضادًا.
تتفاعل الكواركات مع بعضها البعض من خلال تبادل ثمانية غلوونات، وهي بوزونات عديمة الكتلة ذات دوران 1. أثناء تفاعلها، يمكن أن تتغير ألوان الكواركات. في هذه الحالة، يتم تصوير التفاعل القوي بشكل تقليدي على النحو التالي:

الكوارك الذي هو جزء من الهادرون يصدر غلوون، مما يؤدي إلى تغير حالة حركة الهادرون. يتم امتصاص هذا الجلون بواسطة كوارك وهو جزء من هادرون آخر ويغير حالة حركته. ونتيجة لذلك، تتفاعل الهادرونات مع بعضها البعض.
تم تصميم الطبيعة بحيث يؤدي تفاعل الكواركات دائمًا إلى تكوين حالات مقيدة عديمة اللون، وهي على وجه التحديد الهادرونات. على سبيل المثال، يتكون البروتون والنيوترون من ثلاثة كواركات: p = uud، n = udd. يتكون البيون π − من كوارك u وكوارك مضاد: π − = u. السمة المميزة للتفاعل بين الكواركات والكواركات من خلال الغلوونات هي أنه مع انخفاض المسافة بين الكواركات، يضعف التفاعل بينهما. وتسمى هذه الظاهرة بالحرية المقاربة وتؤدي إلى حقيقة أن الكواركات الموجودة داخل الهادرونات يمكن اعتبارها جسيمات حرة. الحرية المقاربة تنبع بشكل طبيعي من الديناميكا اللونية الكمومية. هناك دلائل تجريبية ونظرية تشير إلى أنه مع زيادة المسافة، يجب أن يزيد التفاعل بين الكواركات، ولهذا السبب من الأفضل أن تكون الكواركات داخل الهادرون. وهذا يعني أننا لا نستطيع إلا أن نلاحظ الأجسام عديمة اللون - الهادرونات. الكواركات والجلونات المنفردة، التي لها لون، لا يمكن أن توجد في حالة حرة. وتسمى ظاهرة حبس الجسيمات الأولية ذات اللون داخل الهادرونات بالحبس. تم اقتراح نماذج مختلفة لتفسير الحبس، ولكن لم يتم بعد إنشاء وصف ثابت يتبع المبادئ الأولى للنظرية. من وجهة نظر نوعية، تنشأ الصعوبات من حقيقة أن الغلوونات، التي لها لون، تتفاعل مع جميع الكائنات الملونة، بما في ذلك بعضها البعض. لهذا السبب، فإن الديناميكا اللونية الكمومية هي في الأساس نظرية غير خطية، وتبين أن طرق البحث التقريبية المعتمدة في الديناميكا الكهربائية الكمومية ونظرية الكهروضعيف ليست كافية تمامًا في نظرية التفاعلات القوية.

الاتجاهات في دمج التفاعلات

نرى أنه على المستوى الكمي، تظهر جميع التفاعلات الأساسية بنفس الطريقة. ينبعث جسيم أولي من مادة ما جسيمًا أوليًا - حامل تفاعل يمتصه جسيم أولي آخر من المادة. وهذا يؤدي إلى تفاعل جزيئات المادة مع بعضها البعض.
يمكن إنشاء ثابت الاقتران عديم الأبعاد للتفاعل القوي عن طريق القياس مع ثابت البنية الدقيقة في النموذج g2/(c)10. إذا قارنا ثوابت الاقتران عديمة الأبعاد، فمن السهل أن نرى أن الأضعف هو تفاعل الجاذبية، يليه التفاعل الضعيف والكهرومغناطيسي والقوي.
إذا أخذنا في الاعتبار النظرية الموحدة التي تم تطويرها بالفعل للتفاعلات الكهروضعيفة، والتي تسمى الآن المعيار، واتبعنا اتجاه التوحيد، فإن مشكلة بناء نظرية موحدة للتفاعلات الكهروضعيفة والقوية تنشأ. حاليًا، تم إنشاء نماذج لهذه النظرية الموحدة، تسمى نموذج التوحيد الكبير. كل هذه النماذج لديها الكثير نقاط عامة، على وجه الخصوص، تبين أن الطاقة المميزة للتوحيد هي في حدود 10 15 جيجا إلكترون فولت، وهو ما يتجاوز بشكل كبير الطاقة المميزة لتوحيد التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة. ويترتب على ذلك أن البحث التجريبي المباشر في التوحيد الكبير يبدو إشكاليًا حتى في المستقبل البعيد إلى حد ما. وللمقارنة نلاحظ أن أعلى طاقة يمكن تحقيقها بالمسرعات الحديثة لا تتجاوز 103 جيجا إلكترون فولت. ولذلك، إذا تم الحصول على أي بيانات تجريبية بشأن التوحيد الكبير، فإنها يمكن أن تكون ذات طبيعة غير مباشرة فقط. وعلى وجه الخصوص، تتنبأ النماذج الموحدة الكبرى باضمحلال البروتون ووجود أحادي القطب المغناطيسي ذي الكتلة الكبيرة. إن التأكيد التجريبي لهذه التوقعات سيكون بمثابة انتصار كبير لميول التوحيد.
الصورة العامة لتقسيم التفاعل الكبير الواحد إلى تفاعلات قوية وضعيفة وكهرومغناطيسية منفصلة هي كما يلي. عند طاقات تتراوح بين 10 15 جيجا إلكترون فولت وأعلى، يكون هناك تفاعل واحد. عندما تنخفض الطاقة إلى أقل من 10 15 GeV، يتم فصل القوى القوية والكهروضعيفة عن بعضها البعض ويتم تمثيلها كقوى أساسية مختلفة. ومع انخفاض إضافي في الطاقة أقل من 102 جيجا إلكترون فولت، تنفصل التفاعلات الضعيفة والكهرومغناطيسية. ونتيجة لذلك، على مقياس الطاقة المميز لفيزياء الظواهر العيانية، لا يبدو أن التفاعلات الثلاثة قيد النظر لها طبيعة واحدة.
دعونا نلاحظ الآن أن طاقة 10 15 GeV ليست بعيدة جدًا عن طاقة بلانك

حيث تصبح تأثيرات الجاذبية الكمومية كبيرة. ولذلك فإن النظرية الموحدة الكبرى تؤدي بالضرورة إلى مشكلة الجاذبية الكمية. وإذا اتبعنا كذلك اتجاه التوحيد، فلا بد أن نقبل فكرة وجود تفاعل أساسي شامل واحد، ينقسم إلى تفاعلات جاذبية وقوية وضعيفة وكهرومغناطيسية منفصلة بالتتابع مع انخفاض الطاقة من قيمة بلانك إلى طاقات أقل من 10 2 جيجا إلكترون فولت.
يبدو أن بناء مثل هذه النظرية التوحيدية العظيمة غير ممكن في إطار نظام الأفكار الذي أدى إلى النظرية القياسية للتفاعلات الكهروضعيفة ونماذج التوحيد الكبرى. من الضروري جذب أفكار وأساليب وأساليب جديدة، ربما تبدو مجنونة. على الرغم من الأساليب المثيرة للاهتمام التي تم تطويرها مؤخرًا، مثل الجاذبية الفائقة ونظرية الأوتار، فإن مشكلة توحيد جميع التفاعلات الأساسية تظل مفتوحة.

خاتمة

لذلك، قمنا بمراجعة المعلومات الأساسية المتعلقة بالتفاعلات الأربعة الأساسية للطبيعة. يتم وصف المظاهر المجهرية والعيانية لهذه التفاعلات وصورة الظواهر الفيزيائية التي تلعب فيها دورًا مهمًا بإيجاز.
حاولنا، حيثما كان ذلك ممكنًا، تتبع اتجاه التوحيد، وملاحظة السمات المشتركة للتفاعلات الأساسية، وتوفير بيانات عن المقاييس المميزة للظواهر. بالطبع، المادة المقدمة هنا لا تدعي أنها كاملة ولا تحتوي على العديد من التفاصيل المهمة اللازمة لعرض تقديمي منهجي. يتطلب الوصف التفصيلي للقضايا التي أثرناها استخدام الترسانة الكاملة لأساليب فيزياء الطاقة العالية النظرية الحديثة، وهو خارج نطاق هذه المقالة، وهي أدبيات العلوم الشعبية. كان هدفنا تقديم الصورة العامة لإنجازات فيزياء الطاقة العالية النظرية الحديثة والاتجاهات في تطورها. لقد سعينا إلى إثارة اهتمام القارئ بإجراء دراسة مستقلة وأكثر تفصيلاً للمادة. وبطبيعة الحال، مع هذا النهج، فإن بعض الخشونة أمر لا مفر منه.
تسمح قائمة المراجع المقترحة للقارئ الأكثر استعدادًا بتعميق فهمه للقضايا التي تمت مناقشتها في المقالة.

أوكون إل بي. أ، ب، ز، ز. م.: ناوكا، 1985.
أوكون إل بي. فيزياء الجسيمات الأولية. م: ناوكا، 1984.
نوفيكوف آي دي. كيف انفجر الكون. م: ناوكا، 1988.
فريدمان د، فان. Nieuwenhuizen P. // Uspekhi fiz. الخيال العلمي. 1979. ت. 128. ن 135.
هوكينج س. من الانفجار الكبير إلى الثقوب السوداء: قصة قصيرةوقت. م: مير، 1990.
ديفيس ب. القوة العظمى: يبحث عن نظرية موحدة للطبيعة. م: مير، 1989.
Zeldovich Ya.B.، Khlopov M.Yu. دراما الأفكار في معرفة الطبيعة. م: ناوكا، 1987.
Gottfried K.، Weiskopf W. مفاهيم فيزياء الجسيمات الأولية. م: مير، 1988.
كوجلان جي.دي.، دود جي.إي. أفكار فيزياء الجسيمات. كامبريدج: جامعة كامبريدج. الصحافة، 1993.

الأكثر شيوعا هو تقسيم الطاقة العالمية إلى أربع قوى. كثير من الناس على دراية بالعناصر الكلاسيكية للأرض والماء والهواء والنار. غالبًا ما تستخدم هذه الأسماء في التقاليد الغربية. يشيد جميع الصوفيين بالقوى من خلال تكريم الاتجاهات الأربعة المقدسة، على الرغم من أنه في التقاليد المختلفة، من السحر والكيمياء إلى الشامانية الطبيعية والسحر، قد تتوافق عناصر مختلفة مع اتجاهات مختلفة.

كل شيء يتكون من هذه العناصر الأربعة، أربع قوى في مجموعاتها المختلفة. من المهم أن نفهم أن العناصر المادية ليست سوى رموز للطاقة. ولا يوجد ارتباط مباشر بينهما، ولذلك يتم استخدام كلمات الكبريت والزئبق والملح فيما يتعلق أنواع مختلفةالطاقة، ونحن لا نعني العناصر الكيميائيةحرفياً. عنصر النار ليس نار الشعلة المشتعلة على الإطلاق، بل طاقة تشبه في طبيعتها الشعلة المشتعلة، لذلك الشعلة المشتعلة ترمز إليها بل وتجسدها فعليًا في الطقوس. وفي بعض النصوص تسمى العناصر عناصر الحكمة، فعنصر النار هو حكمة النار، وليس نار الشعلة المشتعلة. عنصر الأرض هو حكمة الأرض، وليس تربة الحديقة أو الصخور. أجبر سوء الفهم والتقليل من الرمزية العلم الحديث على التخلي عن معرفة السحر والكيمياء. لقد أعاد علم النفس الحديث، وخاصة تلك القائمة على الأعمال الكيميائية لكارل يونج، هذه الرموز الباطنية إلى الحياة في العصر الجديد.

كل عنصر ليس فقط طاقة كل الأشياء، ولكنه أيضًا مستوى من الوعي، أو بعد أو مستوى من الوجود تتجسد عليه عناصر الكون. كل عنصر له اهتزازه النشط وخصائصه المختلفة عن العناصر الأخرى. يمكن تصنيف أي شخص كأحد العناصر بسبب ميله الطبيعي نحو صفات معينة ومشاكل محتملة في التفاعل مع العناصر الأخرى التي لا تمتلك مثل هذه الصفات. العمل مع العناصر يعني تعلم العمل مع مصادر الانسجام.

أرض.

الأرض هي العنصر الذي نعرفه أفضل. يتم تمثيل طاقة عنصر الأرض بالأشكال المادية والعالم المادي. كل ما يمكن رؤيته وقياسه بالحواس يتكون من عنصر الأرض. إن أجسادنا وبيوتنا ونباتاتنا وأشجارنا وأحجارنا وكل ما خلقه الإنسان من سيارات وألعاب ومجوهرات هي طاقة أرضية. جسمنا وعظامنا وجميع المعادن والفلزات التي تتكون منها هي حاملات عنصر الأرض.

تتحكم هذه الطاقة في جميع الجوانب المادية للوجود وبالتالي تؤثر على صحتنا الجسدية ورفاهيتنا المالية. في التاروت، وهي البطاقات المستخدمة في العرافة والتأمل، يتم تمثيل هذه الطاقة على شكل أقراص، تسمى أحيانًا العملات المعدنية أو الخماسيات. النجمة الخماسية يمكن أن تعني الحماية على المستوى الجسدي. يتمتع الأشخاص ذوو الطاقة الأرضية المتقدمة بالقوة في العالم المادي، في حين أن الأشخاص الذين يبحثون فقط عن الاتصال بهذا النوع من الطاقة يواجهون مشاكل في المجالات المادية والمالية. إن أعلى أشكال عنصر الأرض هو الاستقلال، وهو ما يعني حق الفرد في التحكم في جسده وبيته ومصيره. أنت سيد منزلك وسيد جسدك. من الناحية الفلكية، الأبراج الأرضية هي برج الثور، والعذراء، والجدي، على الرغم من أن كل علامة تتفاعل إلى حد ما مع العالم المادي. يعتبر الشمال بشكل عام هو اتجاه الأرض، على الأقل في نصف الكرة الشمالي، وذلك بسبب الطاقة المغناطيسية الأرضية القوية والمستمرة للقطب الشمالي.

عنصر الأرض, أرض صوفيةعادة ما يتم تمييزه عن كوكب الأرض. المتصوفون، الذين يتحدثون عن الأخير، عادة ما يقصدون الوعي، روح الكوكب، التي تم تجسيدها في الصورة الأنثوية للأم. لقد غيرت العديد من الأسماء. أصبح الاسم اليوناني Gaia هو الأكثر شهرة لأنه في الآونة الأخيرة، طرح العالم جيمس لوفلوك نظرية Gaia، والتي بموجبها يعتبر المحيط الحيوي للكوكب كائنًا ذكيًا واحدًا، ونحن مثل الجزيئات الصغيرة داخل هذا الكائن. نحن كالخلايا في جسد الكوكب، ما يصيبنا يؤثر على الجسم كله.

ماء.

الماء هو طاقة المستوى النجمي، وهو مستوى الواقع الرمزي، حيث تكون الخطوط العريضة والأشكال سائلة ومتغيرة. الماء عنصر من عناصر الأحلام. في جسمنا، يرمز الماء إلى السوائل التي يتكون منها الدم والخلايا، ولكن في الواقع الطاقة الرئيسية للمياه هي جسمنا النجمي، الذي ينتقل عندما ننام ونحلم. الجسم النجمي هو صورتنا التي تتأثر بالعواطف. مثل الماء، هذه الطاقة سائلة ويتغير شكلها بسهولة. يشبه الجسم النجمي الحاوية التي تحتوي على مشاعرنا، تمامًا كما يحمل الزجاج الماء. عندما تكون العواطف هادئة، يكون السائل شفافًا، وعندما يغشاها شيء ما، يكون غائمًا. يُعرف مستوى الماء في الكون بالمستوى النجمي أو العاطفي.

إن القياس مع الزجاج يجسد بشكل رمزي جانبًا آخر من الطاقة المائية - وهو وجود الحدود. مهمة الماء هي تحديد حدود العلاقات. العواطف هي مادة بناء أي نوع من العلاقات - الأسرة أو الصداقة أو الحب أو الزواج. تحديد الأسئلة العاطفية والروحية التي يطرحها الماء علينا.

بالإضافة إلى ذلك، يرتبط الماء بالقدرات النفسية والانغماس في أعماق الوعي الغامض. عادة ما تربط تقاليد أوروبا الغربية المياه بالغرب. أولا، في الغرب كان هناك محيط ضخم - المحيط الأطلسي، وثانيا، المكان الذي تغرب فيه الشمس تحت الأفق، كان يعتبر دائما مكان الموت، مركز كل شيء غير معروف وغامض. في أذهان الكثير من الناس، ترتبط مملكة الموتى والماء ارتباطًا وثيقًا. كلا هذين المفهومين مرتبطان بالغرب.

إن أعلى وأنقى شكل لعنصر الماء هو الحب غير الخاضع للمساءلة، وهو مصدر الشفاء المعجزي والتطهير والرحمة. في نظام التاروت، يُرمز إلى الماء بالأكواب، وبالمعنى الصوفي، بالكأس، وهو كوب سحري أو مرجل به ارتباطات مسيحية وثنية. الأبراج المائية للأبراج هي السرطان والعقرب والحوت، وكل منها يرتبط بالعلاقات العاطفية بمعنى معين.

هواء.

الهواء هو عنصر من عناصر المستوى العقلي. هذا هو عالم الأفكار والمفاهيم والأفكار. مثل السماء، يمكن لعقولنا أن تكون صافية ومسالمه. وفي أحيان أخرى، يشعرون بالغضب من حركة الأفكار أو يغطون بضباب السحب المائي - عواطفنا. العلاقة بين أجسادنا العاطفية والعقلية تشبه العلاقة بين السماء والبحر. قبل أن يتشكل أي شيء على المستوى النجمي، يجب على الصورة الذهنية، أو الفكرة، أن تبث الحياة فيه.

الهواء هو عنصر من عناصر الاتصال. نحن نستخدم قوة أنفاسنا للتحدث بالكلمات. الهواء الذي بيننا يحمل موجات صوتيةحتى يمكن سماع الكلمات التي نتحدث بها.

لسوء الحظ، يعتقد العديد من الذين يدرسون عنصر الهواء أن الهواء يتعلق فقط بالتحدث، ولكنه أيضًا قوة الاستماع. الهواء هو المنطق والحفظ، ولكن أيضا الشعر والصدق. في نظام التارو، رمز الهواء هو السيوف. عند وصف شخص يتمتع بعنصر هوائي قوي، نستخدم استعارة "لديه عقل حاد". السيوف ذات الحافتين، ترمز إلى التواصل ثنائي الاتجاه، والذي يتضمن الاستماع والتحدث. بالإضافة إلى ذلك، فهي ترمز إلى الطبيعة المزدوجة للكلمات: القدرة على توحيد الناس، وتكون بمثابة وسيلة للتواصل، وفي نفس الوقت القدرة على الأذى. وأخيرًا، نستخدم استعارة “السيف” فيما يتعلق بالخيانة، على سبيل المثال: “طعنني في ظهري”.

يمكن العثور على الإدراك النهائي لرمز السيف في أسطورة الملك آرثر. إكسكاليبور - سيف الحقيقة. القوة الرئيسية للهواء هي الحقيقة، ولكن شكل التعبير عنها يعتمد على حامل السيف، ففي معظم التقاليد الغربية يرتبط الهواء بالشرق، ولكنه يرتبط أحيانًا بالجنوب على النقيض من زوج الأرض والهواء. مع الزوج الشمالي الجنوبي. تشمل الأبراج الهوائية الجوزاء، الميزان، والدلو، حيث تعمل جميعها في مجال التواصل والاتصال.

نار.

العنصر الأكثر مراوغة هو النار. يمكنك أن تأخذ الأرض بين يديك. يمكنك شرب الماء. يمكن استنشاق الهواء، لكن لا يمكن احتواء النار. في أجسامنا، النار ترمز لعملية التمثيل الغذائي. ونحن نعلم أنه موجود، ولكن لا يمكننا أن نلمسه مثل العناصر الثلاثة الأخرى. يصف المتصوفون النار بطريقة خاصة. هذا هو عنصر الطاقة. النار هي حقيقة حيوية. شرارة نار تشعل الفكرة على المستوى العقلي، فتأخذ شكلاً على المستوى العاطفي، وبنية على المستوى الأرضي.

بالنسبة للبعض، تجد النار تعبيرًا في الحياة المهنية، والبعض الآخر في الجنس، والبعض الآخر في التطلعات الإبداعية. النار هي القوة التي تدفعنا للبحث عن فرديتنا من خلال التطلعات الشخصية. النار في الخاص بك أعلى شكل- هذه هي إرادتنا. الإرادة تتحقق بشكل مختلف. بكل بساطة، يمكن تعريف الإرادة على أنها ما نريده، ونرغب فيه بشغف. وهذا ما يسمى بإرادة الأنا، أو إرادة الشخصية. إن الارتفاع فوق "إرادة الأنا" يعني الوصول إلى الإرادة العليا، التي هي الفردانية الإلهية الأسمى. ويطلق عليها أحيانا الذات العليا. النار هي الروح، الشرارة الإلهية للفردية في كل واحد منا. وبتوحد إرادتنا الشخصية مع إرادتنا الإلهية، نكتسب هوية روحية حقيقية، وتنفتح لنا كل الأبواب.

في بطاقات التاروت، تظهر النار على شكل عصا أو رمح أو شعلة، مما يساعدنا على تمهيد الطريق نحو الفردية. العصا السحرية هي سمة من سمات الساحر أو الساحرة التي تستخدمها كوسيلة لتركيز القوة السحرية.

من الناحية الأسطورية، الرمح هو رمح القدر الذي اخترق المسيح، أو رمح لوخ، الإله الأعلى في الأساطير الأيرلندية. إن تجسيد الإرادة العليا هو مصير الإنسان: يجب علينا أن نختار: إما أن نرفض مصيرنا أو نقبله. في أغلب الأحيان، ترتبط النار بالاتجاه الجنوبي، لأنه في نصف الكرة الشمالي ترتبط شمس منتصف النهار بالجنوب وهذه هي النقطة الأكثر سخونة في اليوم. وأيضًا، كلما اتجهت نحو الجنوب، كلما اقتربت من خط الاستواء وأصبحت أكثر سخونة. بالنسبة للبعض، ترتبط النار كرمز للشمس المشرقة بالشرق. من الواضح أن بعض الارتباطات المكانية ستكون مختلفة نصف الكرة الجنوبي. الأبراج النارية الفلكية هي الحمل والأسد والقوس. تسعى كل علامة من الأبراج الثلاث بطريقتها الخاصة للتعبير عن فرديتها وغرورها وإرادتها، وفي بعض التقاليد، يتم عكس رمزي النار والهواء: ترتبط النار بشفرة يتم تزويرها فوق النار. وهو سلاح المحارب، يحمل تأديباً نارياً، أما الأغصان فترمز إلى الهواء، لأن أغصانها مأخوذة من أعلى الشجرة التي في مهب الريح. هذا مجرد نظام مختلف من الرموز، وليس أسوأ أو أفضل من الأول.

يعتبر النار والهواء من العناصر الذكورية، حيث تشير قمتهما إلى الأعلى. الأرض والماء عنصران أنثويان ذوا رؤوس هابطة.

الصليب المدرج في دائرة مكونة من أجزاء متساوية هو رمز للعناصر الأربعة والاتجاهات الأربعة الأساسية في الدائرة المقدسة. وهو أيضًا الرمز الفلكي لكوكب الأرض.

تشكل السحب المجرية الأولية بعد أقل من مليار سنة من الانفجار الكبير

نحن ندرك جيدًا قوة الجاذبية التي تبقينا على الأرض وتجعل من الصعب الطيران إلى القمر. والكهرومغناطيسية، والتي بفضلها لا ننقسم إلى ذرات فردية ويمكننا توصيل أجهزة الكمبيوتر المحمولة. يتحدث الفيزيائي عن قوتين أخريين تجعلان الكون كما هو تمامًا.

منذ المدرسة، ونحن جميعا نعرف قانون الجاذبية العالمية وقانون كولومب. الأول يشرح لنا كيف تتفاعل (تجذب) الأجسام الضخمة مثل النجوم والكواكب بعضها البعض. يظهر آخر (تذكر تجربة عصا الإيبونيت) ما هي قوى الجذب والتنافر التي تنشأ بين الأجسام المشحونة كهربائيًا.

ولكن هل هذه هي المجموعة الكاملة من القوى والتفاعلات التي تحدد مظهر الكون الذي نلاحظه؟

تقول الفيزياء الحديثة أن هناك أربعة أنواع من التفاعلات الرئيسية (الأساسية) بين الجسيمات في الكون. لقد تحدثت بالفعل عن اثنين منهم أعلاه ويبدو أن كل شيء بسيط معهم، لأن مظاهرهم تحيط بنا باستمرار في الحياة اليومية: هذا تفاعل الجاذبية والكهرومغناطيسي.

لذلك، بسبب الإجراء الأول، نقف بثبات على الأرض ولا نطير إلى الفضاء الخارجي. والثاني، على سبيل المثال، يضمن انجذاب الإلكترون إلى البروتون الموجود في الذرات التي نتكون منها جميعًا، وفي النهاية، جذب الذرات لبعضها البعض (أي أنه مسؤول عن تكوين الجزيئات والأنسجة البيولوجية، وما إلى ذلك). .). لذلك على وجه التحديد بسبب قوى التفاعل الكهرومغناطيسي، على سبيل المثال، اتضح أنه ليس من السهل تفجير رأس جار مزعج، ولهذا الغرض يتعين علينا اللجوء إلى مساعدة فأس وسائل مرتجلة مختلفة.

التفاعل القوي - يوفر التجاذب بين الجزيئات الموجودة في النواة؛ كهرباء - تنافر

يتم تنفيذ هذه المهمة العملاقة حقًا للتغلب على قوى كولومب من خلال التفاعل القوي. لذلك، لا أكثر ولا أقل، بسبب ذلك، لا تزال البروتونات (وكذلك النيوترونات) في النواة تنجذب لبعضها البعض. بالمناسبة، تتكون البروتونات والنيوترونات نفسها أيضًا من جسيمات "أولية" أكثر - الكواركات. لذلك تتفاعل الكواركات أيضًا وتجذب بعضها البعض "بقوة". لكن لحسن الحظ، على عكس نفس تفاعل الجاذبية، الذي يعمل أيضًا على مسافات كونية تبلغ عدة مليارات من الكيلومترات، فإن التفاعل القوي، كما يقولون، قصير الأجل. وهذا يعني أن مجال "الجذب القوي" المحيط ببروتون واحد لا يعمل إلا على مقاييس صغيرة، يمكن مقارنتها في الواقع بحجم النواة.

لذلك، على سبيل المثال، لا يمكن للبروتون الموجود في نواة إحدى الذرات، على الرغم من تنافر كولوم، أن يأخذ بروتونًا من ذرة مجاورة ويجذبه "بقوة". وبخلاف ذلك، فإن كل مادة البروتون والنيوترون الموجودة في الكون يمكن أن "تنجذب" إلى مركز كتلة مشترك وتشكل "نواة خارقة" ضخمة واحدة. ومع ذلك، يحدث شيء مماثل في سماكة النجوم النيوترونية، حيث ستتقلص شمسنا في أحد الأيام، كما هو متوقع، في يوم من الأيام (حوالي خمسة مليارات سنة من الآن).

ماذا؟ النيوترينوات تمر من خلالي؟!

في الوقت نفسه، يتم إنشاء النيوترينوات بكميات هائلة حقا في الكون، ويخترق التدفق الضخم لهذه الجزيئات باستمرار سمك الأرض. على سبيل المثال، في حجم علبة الثقاب، يوجد في المتوسط حوالي 20 نيوترينو في أي وقت معين. وهكذا، يمكنك أن تتخيل برميلًا ضخمًا من كاشف المياه، الذي كتبت عنه في مشاركتي الأخيرة، والكمية المذهلة من النيوترينوات التي تطير عبره في أي لحظة. لذلك، عادة ما يتعين على العلماء الذين يعملون على هذا الكاشف الانتظار لعدة أشهر للحصول على فرصة محظوظة بحيث "يشعر" نيوترينو واحد على الأقل ببرميله ويتفاعل فيه مع قواه الضعيفة.

ومع ذلك، على الرغم من ضعفه، فإن هذا التفاعل يلعب دورا مهما للغاية في الكون وفي حياة الإنسان. وبذلك يتبين أنها مسؤولة عن أحد أنواع النشاط الإشعاعي - ألا وهو اضمحلال بيتا، وهو الثاني (بعد النشاط الإشعاعي غاما) من حيث درجة خطورة تأثيره على الكائنات الحية. ولا يقل أهمية عن ذلك أنه لولا التفاعل الضعيف لكان من المستحيل أن تحدث تفاعلات نووية حرارية في أعماق العديد من النجوم وتكون مسؤولة عن إطلاق طاقة النجم.

التفاعل هو السبب الرئيسي لحركة المادة، وبالتالي فإن التفاعل متأصل في جميع الأشياء المادية، بغض النظر عن أصلها الطبيعي وتنظيمها النظامي. تحدد ميزات التفاعلات المختلفة ظروف الوجود والخصائص المحددة للأشياء المادية. في المجموع، هناك أربعة أنواع من التفاعل معروفة: الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوية والضعيفة.

الجاذبيةكان التفاعل هو أول التفاعلات الأساسية المعروفة التي أصبحت موضوع بحث من قبل العلماء. يتجلى في الجذب المتبادل لأي أشياء مادية لها كتلة تنتقل عبرها مجال الجاذبيةويتحدد بقانون الجاذبية العالمية الذي صاغه نيوتن

يصف قانون الجاذبية السقوط الهيئات الماديةفي مجال الأرض، حركة الكواكب النظام الشمسيوالنجوم وما إلى ذلك. ومع زيادة كتلة المادة، تزداد تفاعلات الجاذبية. تفاعل الجاذبية هو الأضعف على الإطلاق العلم الحديثالتفاعلات. ومع ذلك، فإن تفاعلات الجاذبية تحدد بنية الكون بأكمله: تكوين الكل أنظمة الفضاء; وجود الكواكب والنجوم والمجرات. يتم تحديد الدور المهم لتفاعل الجاذبية من خلال عالميته: حيث تشارك فيه جميع الأجسام والجسيمات والمجالات.

حاملات تفاعل الجاذبية هي الجرافيتونات - كميات مجال الجاذبية.

الكهرومغناطيسيالتفاعل هو أيضًا عالمي وموجود بين جميع الهيئات في العالم الجزئي والكلي والضخم. يحدث التفاعل الكهرومغناطيسي بسبب الشحنات الكهربائية وينتقل باستخدام المجالات الكهربائية والمغناطيسية. يحدث مجال كهربائي عندما يكون هناك الشحنات الكهربائيةوالمغناطيسية - أثناء حركة الشحنات الكهربائية. يتم وصف التفاعل الكهرومغناطيسي من خلال: قانون كولوم، قانون أمبير، وما إلى ذلك، وبشكل معمم - من خلال نظرية ماكسويل الكهرومغناطيسية، التي تربط الكهرباء و حقل مغناطيسي. بفضل التفاعل الكهرومغناطيسي، تنشأ الذرات والجزيئات وتحدث التفاعلات الكيميائية. التفاعلات الكيميائيةتمثل مظهراً من مظاهر التفاعلات الكهرومغناطيسية وهي نتائج إعادة توزيع الروابط بين الذرات في الجزيئات، وكذلك عدد وتركيب الذرات في الجزيئات مواد مختلفة. متنوع حالات التجميعيتم تحديد المواد والقوى المرنة والاحتكاك وما إلى ذلك عن طريق التفاعل الكهرومغناطيسي. حاملات التفاعل الكهرومغناطيسي هي الفوتونات - الكميات حقل كهرومغناطيسيمع كتلة راحة صفر.

داخل النواة الذرية هناك تفاعلات قوية وضعيفة. قويالتفاعل يضمن اتصال النيوكليونات في النواة. يتم تحديد هذا التفاعل القوات النووية، تمتلك استقلالية الشحنة، قصيرة المدى، التشبع وخصائص أخرى. التفاعل القوي يحمل النوكليونات (البروتونات والنيوترونات) في النواة والكواركات داخل النوكليونات وهو المسؤول عن استقرار النوى الذرية. وباستخدام التفاعل القوي، أوضح العلماء سبب عدم تفكك بروتونات النواة الذرية تحت تأثير القوى التنافرية الكهرومغناطيسية. وينتقل التفاعل القوي عن طريق الغلوونات - وهي جزيئات "تلتصق" بالكواركات، وهي جزء من البروتونات والنيوترونات والجسيمات الأخرى.

ضعيفالتفاعل يعمل أيضًا فقط في العالم المصغر. وتشارك جميع الجسيمات الأولية باستثناء الفوتون في هذا التفاعل. وهو يسبب معظم تحلل الجسيمات الأولية، لذلك جاء اكتشافه بعد اكتشاف النشاط الإشعاعي. تم إنشاء النظرية الأولى للتفاعل الضعيف في عام 1934 على يد إي. فيرمي وتم تطويرها في الخمسينيات من القرن الماضي. M. جيل مان، ر. فاينمان وغيرهم من العلماء. تعتبر حاملات التفاعل الضعيف عبارة عن جزيئات ذات كتلة أكبر 100 مرة من كتلة البروتونات - البوزونات الناقلة المتوسطة.

يتم عرض خصائص التفاعلات الأساسية في الجدول. 2.1.

الجدول 2.1

خصائص التفاعلات الأساسية

يوضح الجدول أن تفاعل الجاذبية أضعف بكثير من التفاعلات الأخرى. نطاق عملها غير محدود. إنه لا يلعب دورًا مهمًا في العمليات الدقيقة وفي نفس الوقت يعد أمرًا أساسيًا للأشياء ذات الكتل الكبيرة. التفاعل الكهرومغناطيسي أقوى من تفاعل الجاذبية، على الرغم من أن نطاق تأثيره غير محدود أيضًا. التفاعلات القوية والضعيفة لها نطاق محدود جدًا من العمل.

من أهم مهام العلوم الطبيعية الحديثة إنشاء نظرية موحدة للتفاعلات الأساسية التي توحد أنواعًا مختلفة من التفاعل. إن إنشاء مثل هذه النظرية يعني أيضًا بناء نظرية موحدة للجسيمات الأولية.