מהם 4 הכוחות הבסיסיים?

ארבעת כוחות הטבע הבסיסיים הם באמת ארבע הדרכים שבהן החומר מתקשר בקיום היקום. כוח המשיכה, החלש מבין הארבעה, קיים בחיי היומיום של אנשים, אך באופן פרדוקסאלי נראה די חזק. הכוח האלקטרומגנטי מפעיל את המכונות החשמליות שלנו, האינטרנט והטלפונים החכמים שלנו. שני הכוחות האחרים, הכוחות הגרעיניים החזקים והחלשים, פועלים ברמה האטומית ומשפיעים על חלקיקים אלמנטריים כמו פרוטונים ואלקטרונים. ארבעת הכוחות הללו הם הסיבה שהעולם קיים כפי שהוא, כאשר לכל כוח יש מאפיינים ומאפיינים ייחודיים.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

ארבעת כוחות הטבע הבסיסיים, החזקים לחלשים ביותר, הם הכוח הגרעיני החזק, הכוח האלקטרומגנטי, הכוח הגרעיני החלש וכוח המשיכה.

כאשר עצמים דוממים או חלקיקים אלמנטריים מתקשרים, הכוחות הבסיסיים משפיעים על התנהגותם. לדוגמא, כוכבי לכת מקיפים את השמש בגלל כוח הכבידה. הברק מכה מכיוון שאלקטרונים קופצים בין עננים לקרקע בגלל הכוח האלקטרומגנטי. אטומים נשארים יחד בגלל הכוח הגרעיני החזק, והקרינה הטבעית נגרמת על ידי הכוח הגרעיני החלש.

לכוחות אלה יש שני מאפיינים עיקריים משותפים. יש להם כוח והם פועלים לאורך מרחק מסוים. מעבר לכך, כל אחד מהם ייחודי ופועל על חומר בדרכים שונות לחלוטין.

החזק ביותר מבין ארבעת הכוחות הוא הכוח הגרעיני החזק, שעליו להתגבר על הכוח מספר שתיים, אלקטרומגנטיות, בגרעין האטום. גרעינים מורכבים מפרוטונים ונויטרונים, כאשר הפרוטונים דוחים זה את זה בשל המטענים החיוביים שלהם. הכוח הגרעיני החזק מתגבר על הדחייה הזו ומחזיק את הפרוטונים קרוב זה לזה בגרעין.

כדי להיות מסוגלים להשוות את חוזק הכוחות הבסיסיים, מדענים משתמשים לעיתים קרובות בכוח הגרעיני החזק כבסיס ומקצים לו ערך של 1. הכוח של כל אחד מהכוחות האחרים, שהם חלשים יותר, ניתן כשבר מכוח זה. זהו אמנם הכוח החזק ביותר, אך הכוח הגרעיני החזק אינו פועל מרחוק. הוא מוגבל לגרעין האטום ויש לו רק טווח של בערך הרדיוס של גרעין ממוצע.

הכוח האלקטרומגנטי פועל על חלקיקים טעונים והוא האינטראקציה המרכזית בכל מה שקשור לחשמל. מכיוון שלרוב החומר יש איזון של חלקיקים טעונים, עצמים גדולים נוטים להיות ניטרליים ולכוח אין כל השפעה עליהם. כאשר חפצים נטענים, כמו למשל במנועים חשמליים, בסוללות או עם חשמל סטטי, כמו מטענים דוחים ושונה ממטענים. אלקטרונים הם נושאי המטען השלילי ונמשכים לפרוטונים, בעלי מטען חיובי. כאשר מטענים נעים, הם יוצרים שדות מגנטיים בעלי קטבים צפוןיים ודרומיים. כמו במטענים, שניים כמו מוטות דוחים וקטבים שונים מושכים.

הכוח האלקטרומגנטי הוא מעט מתחת למאה מכוחו של הכוח הגרעיני החזק, אך הוא יכול לפעול מרחוק. הוא אמנם נחלש כאשר האובייקטים הטעונים רחוקים זה מזה, אך המשיכה והדחייה ממשיכים באופן תיאורטי לאינסוף. עם זאת, במרחקים גדולים ההשפעות זעירות ויכולות להיות זניחות.

בעוד הכוח הגרעיני החזק פועל רק על חלקיקים בגרעין, הכוח הגרעיני החלש פועל על חלקיקים אלמנטריים רבים ואחראי לקרינה טבעית. הוא שולט באופן שבו אלמנטים מתפרקים באופן טבעי לאורך זמן, וכאשר האטומים אינם מוחזקים עוד יחד, חלקיקים כגון אלקטרונים מופנים בצורה של קרינה. כתוצאה מכך, כוח הגרעין החלש משפיע על אופן ביקוע גרעיני והיתוך גרעיני.

הכוח החלש חזק פחות ממיליון כמו הכוח הגרעיני החזק, והוא פועל במרחקים קצרים מאוד בלבד. הוא אמנם יכול למשוך ולהדוף חלקיקים, אך טווח הפעולה שלו מוגבל כל כך שהוא לא ממש מתנהג כמו הכוחות האחרים, המושכים או דוחפים מרחק. הכוח הגרעיני החלש דומה יותר לדבק או גריז, פעיל רק בשכבה דקה בין חלקיקים אלמנטריים.

כוח המשיכה משמש ככוח מושך בין שני עצמים שיש להם מסה. כוח הכבידה תלוי במסת העצמים. בחיי היומיום, כוח הכבידה בין כדור הארץ לחפצים כמו מכונית הוא משקל המכונית. כוח הכבידה פרופורציונלי באופן ישיר למסת האובייקטים. לדוגמא, 2 ליטר חלב שוקלים פי שניים ליטר אחד.

כוח הכבידה הוא הכוח החלש ביותר והוא פחות ממיליון ממיליון העוצמה של הכוח הגרעיני החזק. אף על פי שהם חלשים מאוד ברמה האטומית, לחפצים יומיומיים יש כל כך הרבה מסה שכוח הכבידה הופך חזק למדי. למסה עוד יותר, כמו בכוכבי לכת ובכוכבים, כוח הכבידה חזק מספיק כדי לשמור עליהם במסלול. כוח המשיכה הוא כמו הכוח האלקטרומגנטי בכך שהוא פועל מרחוק, תיאורטית עד אינסוף. זה הופך להיות חשוב עבור המוני ענק כגון גלקסיות המושכות גלקסיות אחרות גם כאשר הן רחוקות זו מזו.

קל לדמיין כוחות אחרים הפעילים בטבע, כמו רוח, פיצוץ או כוח של מנוע סילון. כל אלה כוחות משניים הנשענים על כוחות היסוד לצורך פעולתם. לדוגמא, הרוח נושבת מכיוון שמזג האוויר כולל אוויר חם שעולה ונפילת אוויר קר, האוויר הקר כבד יותר בגלל כוח המשיכה. לרוח יש כוח מכיוון שמולקולות האוויר מוחזקות יחד על ידי הכוחות הבסיסיים, ומאפשרות להם להפעיל דחיפה. למעשה, ארבעת הכוחות הבסיסיים עומדים מאחורי כל מה שחווה.