التماسك في المادة وفي الفضاء
وفيما يأتي تفصيل للتماسك في المادة وفي الفضاء:
مكونات الكون على المستوى العياني
يتكون الكون الذي نعيش به من مجموعة لامتناهية من الأجسام المعروفة، وغير المعروفة، والتي تختلف في أبعادها من أجسام لامتناهية في الصغر إلى الأجسام اللامتناهية في الكبر، ويتكون الكون على المستوى العياني من ثلاثة مكونات رئيسية، كالتالي:
- المجموعة الشمسية: والتي تتكون من النجم الشمسي، وعدد من الأجرام التي تدور حولها كالكواكب، والمذنبات، والصخور الفضائية، حيث تشكلت منذ حوالي 4.6 مليار سنة تقريباً.
- الشمس: نجم متوسط الحجم، تصل كتلته إلى 33 ألف ضعف كتلة الأرض، أما حجمه فيصل إلى 3.1 مليون ضعف حجم الأرض، حيث يبعد عن كوكب الأرض بمقدار 150 مليون كيلومتر، وتعد الشمس مركزًا لمجرة درب التبانة، وتعد من النجوم المتوسطة الحجم مقارنة بالنجوم الموجودة في مجرات أخرى.
- المجرة: يقدر أعداد المجرات على مستوى الكون حوالي 521 مجرة، وتنتمي مجرتنا إلى مجموعة من المجرات تسمى بالعذراء، وأبعد مجرة عن مجرتنا تقع على بعد 90 ألف مليار كيلومتر.
مكونات الكون على المستوى المجهري
يتكون الكون من عدد لامتناهٍ من البنيات (بنية المادة) المتزايدة، والمتنوعة، والمكونة للأجسام المايكروسكوبية، وتتعدد المستويات المختلفة للبنيات القابلة للملاحظة كالتالي:
- الفيروسات: ويصل حجمها إلى 10 م.
- الجزيئات: وحجمها 10 م.
- الذرة: وحجمها 10 م.
- نواة الذرة: وحجمها 10 م.
- نوية الذرة (البروتون والنيترون): وحجمها 10 م.
- الكواركات: وحجمها 10 م.
القوى الكونية
قُسم الكون إلى أربع قوى رئيسة، والتي حافظت على تماسك المادة على المستوى العياني، وعلى المستوى المجهري ، كالتالي:
- القوى النووية القوية: والتي تؤثر على مكونات نواة الذرة، وهي ذات شدة مقدارها 1، أما مداها فيصل إلى 10 م.
- القوى النووية الضعيفة: والتي تؤثر على نوى الذرات للأجسام المختلفة، وتصل شدتها إلى 10-6، ومداها يصل إلى 10 م.
- القوى الكهرومغناطيسية: تؤثر على الجزيئات والذرات المكونة للمادة بقوى تجاذب وتنافر، أما شدتها فتصل إلى 0.01، ومداها لا نهائي.
- قوة الجذب العام: وهي عبارة عن قوى التجاذب بين كل من؛ النجوم، والمجرات، والكون، أما شدتها فتصل إلى 10، ومداها لا نهائي.
القوة النووية القوية
تعد القوى النووية القوية (بالإنجليزية: Strong nuclear force) أساس التفاعلات الطبيعية التي تحدث بين الجسيمات الأولية الصغيرة جداً للمادة، والتي تسمى بالكواركات، والتي تشكل معاً مكونات نواة الذرة، وهي البروتونات، والنيترونات، وتعد من أشد القوى الطبيعية، حيث تشتدد جداً داخل النواة، وتضعف كلما زادت المسافة بين النوى في الذرات.
وتنشأ هذه القوى تحت خاصية تسمى اللون، والتي لا تمثل معناها الحقيقي بل تشبه إلى حد كبير الشحنة الكهربائية، والتي تعد مصدرًا للقوى النووية الشديدة، ومن الأمثلة على قوتها الهائلة ما يحدث في عملية الاندماج النووي في الشمس، والانشطار النووي في القنبلة النووية.
القوة النووية الضعيفة
تعرف القوة النووية الضعيفة (بالإنجليزية: Weak nuclear force) بأنها القوة المسؤولة عن النشاط الإشعاعي، فهي قوة ضعيفة وذات مدى ضعيف أيضاً لا يتجاوز حدود الذرة، حيث تعمل على تفكيك وتحليل الجسيمات الأولية المكونة للذرة، مثل الميزونات، وهو يفسر ما يحدث للعناصر المشعة الطبيعية.
وقد اكتشفت القوة النووية الضعيفة على يد الكيميائي الفرنسي هنري بيكريل في عام 1896 م، عندما كان يفحص البلورات لعنصر اليورانيوم وهو يتوهج في الظلام بعد تعرضه لأشعة الشمس، ورغم ضعف هذه القوى إلا أن أهميتها تكمن في الحفاظ على إشعاع النجوم والشمس، واستمرار التفاعلات النووية بها، كما أنها تزود النجوم بالطاقة، وتساهم في تكوين العناصر، ومقارنة بقوة الجاذبية، فهي تعد أقوى منها.
القوة الجاذبة
القوة الجاذبة، أو ما تسمى بقوة الجاذبية (بالإنجليزية: Gravitational Force) فتعد من القوى الكونية الأربعة الأكثر شيوعاً، والتي تمنع الأجرام السماوية من الاصطدام ببعضها البعض، وتحافظ على حركتها في مساراتها بشكل منتظم، وهي التي تحافظ على قوة الجذب بين جميع الأجسام الموجودة في الكون، حيث كلما زادت كتلة الجرم السماوي، أو زادت المسافة بين الأجرام السماوية زادت قوة الجاذبية بينها، ومنها جاذبية الكرة الأرضية لجميع الأجسام التي لها وزن حولها.
وأول من أدرك وجود هذه القوى هو العالم الفيزيائي إسحاق نيوتن، حيث شرح العديد من القوانين المتعلقة بقوة الجذب، وتقاس قوة الجاذبية من خلال معرفة تسارع السقوط الحر وكتلة الجسم عبر قانون نيوتن الثاني.
القوة الكهرومغناطيسية
تسمى القوة الكهرومغناطيسية (بالإنجليزية: Electromagnetic force) بقوة لورنتز، وهي القوة المسؤولة عن ترابط الذرات داخل المادة ببعضها البعض اعتماداً على خصائصها الفيزيائية والكيميائية، وتتكون من قوى مغناطيسية وقوى كهربائية معاً، حيث تنشأ القوى الكهربائية بين الجسيمات المشحونة المتحركة أو الثابتة، أما القوى المغناطيسية فتساهم في تحريك الجسيمات المشحونة، مما يؤدي إلى تشكيل مجال كهربائي، سواء أكان الجسيم متحركًا أو ثابتًا.
تحتوي كل من أشعة الشمس والضوء والأجسام المشعة الأخرى على الفوتونات، والتي تعد الجسيم المسؤول عن حمل القوة الكهرومغناطيسية، ومن الأمثلة على أهمية هذه القوة ما يلي:
- يساهم إشعاع غاما تحت تأثير القوة الكهرومغناطيسية بالسماح للنواة بفقد طاقتها.
- يعد المجال المغناطيسي المحيط بالكرة الأرضية من نتائج القوة الكهرومغناطيسية، والذي يساهم في منع وصول الأشعة الضارة من الشمس نحو الأرض.
- يمنع التنافر الإلكتروستاتيكي بين الشحنات المتشابهة داخل الشمس من اندماج نويات الهيدروجين بسرعة عالية.
- تستخدم القوة المغناطيسية في مولد الكهرباء لإنتاج مجالات مغناطيسية حتى تتم عملية الحث الكهرومغناطيسي، كما تستخدم في أجهزة التصوير الخاصة بالرنين المغناطيسي، والأجراس الكهربائية.
تتعدد أنواع القوى على المستويين الذري، والكوني إلى أربع قوى رئيسة مهمة جداً تحافظ على اتزان الكون بشكل دائم، وتتفاعل معاً، والتي تتمثل بالقوى النووية القوية، والقوى النووية الضعيفة، وقوة الجذب، والقوة الكهرومغناطيسية.
