सड़क पर चलने से लेकर, अंतरिक्ष में रॉकेट लॉन्च करने तक, अपने फ्रिज पर चुंबक चिपकाने तक, हमारे चारों तरफ शारीरिक बल काम कर रहे हैं। लेकिन वे सभी शक्तियां जो हम हर दिन अनुभव करते हैं (और कई जिन्हें हम महसूस नहीं करते हैं कि हम हर दिन अनुभव करते हैं) को केवल मौलिक प्रतिभा के लिए नीचे गिराया जा सकता है:
- गुरुत्वाकर्षण।
- कमजोर बल।
- विद्युत चुंबकत्व।
- मजबूत बल।
इन्हें प्रकृति की चार मूलभूत शक्तियाँ कहा जाता है, और ये ब्रह्मांड में होने वाली हर चीज़ को नियंत्रित करती हैं।
गुरुत्वाकर्षण
गुरुत्वाकर्षण दो वस्तुओं के बीच का आकर्षण है जिसमें द्रव्यमान या ऊर्जा होती है, चाहे यह एक पुल से एक चट्टान को गिराने में देखा जाता है, एक ग्रह जो एक तारे की परिक्रमा कर रहा है या चंद्रमा समुद्र की ज्वार का कारण बनता है। गुरुत्वाकर्षण संभवतः मौलिक बलों का सबसे सहज और परिचित है, लेकिन यह समझाने के लिए सबसे चुनौतीपूर्ण में से एक भी है।
आइज़ैक न्यूटन गुरुत्वाकर्षण के विचार का प्रस्ताव करने वाले पहले व्यक्ति थे, जो एक पेड़ से गिरने वाले सेब से प्रेरित थे। उन्होंने गुरुत्वाकर्षण को दो वस्तुओं के बीच एक शाब्दिक आकर्षण के रूप में वर्णित किया। सदियों बाद, अल्बर्ट आइंस्टीन ने सामान्य सापेक्षता के अपने सिद्धांत के माध्यम से सुझाव दिया, कि गुरुत्वाकर्षण कोई आकर्षण या बल नहीं है। इसके बजाय, यह अंतरिक्ष-समय झुकने वाली वस्तुओं का एक परिणाम है। एक बड़ी वस्तु अंतरिक्ष-समय पर थोड़ा काम करती है जैसे कि एक शीट के बीच में रखी गई एक बड़ी गेंद उस सामग्री को कैसे प्रभावित करती है, उसे विकृत करती है और शीट पर अन्य छोटी वस्तुओं को बीच की ओर गिरने का कारण बनती है।
हालांकि गुरुत्वाकर्षण ग्रहों, तारों, सौर प्रणालियों और यहां तक कि आकाशगंगाओं को एक साथ रखता है, लेकिन यह मौलिक शक्तियों में सबसे कमजोर साबित होता है, खासकर आणविक और परमाणु पैमाने पर। इसे इस तरह से सोचें: एक गेंद को जमीन से ऊपर उठाना कितना मुश्किल है? या अपने पैर उठाने के लिए? या कूदने के लिए? वे सभी क्रियाएं संपूर्ण पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण का प्रतिकार कर रही हैं। और आणविक और परमाणु स्तर पर, गुरुत्वाकर्षण का अन्य मूलभूत बलों के सापेक्ष लगभग कोई प्रभाव नहीं है।
कमजोर बल
कमजोर बल, जिसे कमजोर परमाणु संपर्क भी कहा जाता है, कण क्षय के लिए जिम्मेदार है। यह एक प्रकार के उप-परमाणु कण का दूसरे में शाब्दिक परिवर्तन है। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक न्यूट्रिनो जो एक न्यूट्रॉन के करीब रहता है, न्यूट्रॉन को एक प्रोटॉन में बदल सकता है, जबकि न्यूट्रिनो एक इलेक्ट्रॉन बन जाता है।
भौतिकविदों ने इस बातचीत का वर्णन फोर्स ले जाने वाले कणों के आदान-प्रदान के माध्यम से किया है। कमजोर बल, विद्युत चुम्बकीय बल और मजबूत बल के लिए विशिष्ट प्रकार के बोसोन जिम्मेदार हैं। कमजोर बल में, बोसॉन को W और Z बोसॉन कहा जाता है। जब प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन जैसे उप-परमाणु कण 10 ^ -18 मीटर या एक प्रोटॉन के व्यास का 0.1% एक दूसरे के भीतर आते हैं, तो वे इन बोसॉन का आदान-प्रदान कर सकते हैं। नतीजतन, जॉर्जिया स्टेट यूनिवर्सिटी की हाइपरफिज़िक्स वेबसाइट के अनुसार, उप-परमाणु कण नए कणों में क्षय करते हैं।
कमजोर संलयन परमाणु संलयन प्रतिक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण है जो सूर्य को शक्ति देता है और पृथ्वी पर अधिकांश जीवन रूपों के लिए आवश्यक ऊर्जा का उत्पादन करता है। यह भी है कि पुरातत्वविदों प्राचीन हड्डी, लकड़ी और अन्य पूर्व में जीवित कलाकृतियों को आज तक कार्बन -14 का उपयोग कर सकते हैं। कार्बन -14 में छह प्रोटॉन और आठ न्यूट्रॉन हैं; उन न्यूट्रॉन में से एक नाइट्रोजन -14 बनाने के लिए एक प्रोटॉन में बदल जाता है, जिसमें सात प्रोटॉन और सात न्यूट्रॉन होते हैं। यह क्षय एक अनुमानित दर पर होता है, जिससे वैज्ञानिकों को यह निर्धारित करने की अनुमति मिलती है कि ऐसी कलाकृतियां कितनी पुरानी हैं।
विद्युत चुम्बकीय बल
विद्युत चुम्बकीय बल, जिसे लोरेंत्ज़ बल भी कहा जाता है, आवेशित कणों के बीच कार्य करता है, जैसे कि नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन और धनात्मक आवेशित प्रोटॉन। विपरीत चार्ज एक दूसरे को आकर्षित करते हैं, जबकि चार्ज रीपेल की तरह। जितना अधिक चार्ज, उतना अधिक बल। और गुरुत्वाकर्षण की तरह, इस बल को एक अनंत दूरी से महसूस किया जा सकता है (यद्यपि यह बल उस दूरी पर बहुत, बहुत छोटा होगा)।
जैसा कि इसके नाम से संकेत मिलता है, विद्युत चुम्बकीय बल में दो भाग होते हैं: विद्युत बल और चुंबकीय बल। पहले तो, भौतिकविदों ने इन बलों को एक दूसरे से अलग बताया, लेकिन शोधकर्ताओं ने बाद में महसूस किया कि दोनों एक ही बल के घटक हैं।
विद्युत घटक आवेशित कणों के बीच कार्य करते हैं चाहे वे गतिमान हों या स्थिर, एक ऐसा क्षेत्र बनाना जिससे आवेश एक दूसरे को प्रभावित कर सकें। लेकिन एक बार गति में सेट होने के बाद, उन आवेशित कण दूसरे घटक, चुंबकीय बल को प्रदर्शित करना शुरू कर देते हैं। जैसे ही वे चलते हैं, कण उनके चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं। इसलिए जब इलेक्ट्रॉन आपके कंप्यूटर या फोन को चार्ज करने के लिए एक तार के माध्यम से ज़ूम करते हैं या आपके टीवी को चालू करते हैं, उदाहरण के लिए, तार चुंबकीय हो जाता है।
विद्युत चुम्बकीय बलों को चार्ज किए गए कणों के बीच द्रव्यमान, बल-वहन करने वाले बोसॉन के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है जिन्हें फोटॉन कहा जाता है, जो प्रकाश के कण घटक भी हैं। बल-वहन करने वाले फोटॉन, जो आवेशित कणों के बीच स्वैप करते हैं, हालाँकि, फोटॉनों का एक अलग रूप है। टेनेसी, नॉक्सविले विश्वविद्यालय के अनुसार, वे तकनीकी और वास्तविक रूप में एक ही कण हैं, भले ही वे आभासी और अनिर्वचनीय हैं।
विद्युत चुम्बकीय बल कुछ सबसे अनुभवी घटनाओं के लिए जिम्मेदार है: घर्षण, लोच, सामान्य बल और एक दिए गए आकार में एक साथ ठोस पकड़े बल। यह उस ड्रैग के लिए भी जिम्मेदार है जो उड़ते समय पक्षियों, विमानों और यहां तक कि सुपरमैन का अनुभव करता है। आवेशित (या निष्प्रभावी) कणों की आपस में बातचीत के कारण ये क्रियाएं हो सकती हैं। सामान्य शक्ति जो एक पुस्तक को एक मेज के ऊपर रखती है (उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण को पुस्तक को जमीन से खींचती है), उदाहरण के लिए, तालिका के परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों का परिणाम होता है जो पुस्तक के परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों को दोहराता है।
मजबूत परमाणु बल
मजबूत परमाणु बल, जिसे मजबूत परमाणु संपर्क भी कहा जाता है, प्रकृति की चार मूलभूत शक्तियों में सबसे मजबूत है। हाइपरफिजिक्स वेबसाइट के अनुसार, यह 6 हजार ट्रिलियन ट्रिलियन (6 के बाद 39 शून्य है!) गुरुत्वाकर्षण बल से कई गुना अधिक मजबूत है। और ऐसा इसलिए है क्योंकि यह पदार्थ के मूलभूत कणों को एक साथ मिलकर बड़े कणों का निर्माण करता है। यह एक साथ क्वार्कों को धारण करता है जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बनाते हैं और मजबूत बल का एक हिस्सा परमाणु के नाभिक के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को भी एक साथ रखता है।
कमजोर बल के समान, मजबूत बल तभी काम करता है जब उप-परमाणु कण एक-दूसरे के बेहद करीब हों। HyperPhysics वेबसाइट के अनुसार, उन्हें एक दूसरे से 10 ^ -15 मीटर की दूरी पर, या मोटे तौर पर एक प्रोटॉन के व्यास के भीतर होना चाहिए।
मजबूत बल अजीब है, हालांकि, क्योंकि किसी भी अन्य मूलभूत बलों के विपरीत, यह कमजोर हो जाता है क्योंकि उप-परमाणु कण एक साथ करीब आते हैं। यह वास्तव में अधिकतम शक्ति तक पहुंचता है जब फर्मिलैब के अनुसार, कण एक दूसरे से सबसे दूर होते हैं। एक बार सीमा के भीतर, मासलेस चार्ज किए गए बोसॉन जिन्हें ग्लून्स कहा जाता है, क्वार्क के बीच मजबूत बल संचारित करते हैं और उन्हें "सरेस से जोड़ा" रखते हैं। मजबूत बल का एक छोटा अंश जिसे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच अवशिष्ट मजबूत बल कार्य कहा जाता है। नाभिक में प्रोटॉन अपने समान चार्ज के कारण एक दूसरे को पीछे हटाते हैं, लेकिन अवशिष्ट मजबूत बल इस प्रतिकर्षण को दूर कर सकते हैं, इसलिए कण एक परमाणु के नाभिक में बंधे रहते हैं।
प्रकृति को एकजुट करना
चार मूलभूत बलों का बकाया सवाल यह है कि क्या वे वास्तव में ब्रह्मांड के सिर्फ एक महान बल की अभिव्यक्ति हैं। यदि हां, तो उनमें से प्रत्येक को दूसरों के साथ विलय करने में सक्षम होना चाहिए, और पहले से ही सबूत हैं कि वे कर सकते हैं।
इम्पीरियल कॉलेज लंदन से अब्दुस सलाम के साथ हार्वर्ड विश्वविद्यालय से भौतिकविदों शेल्डन ग्लासो और स्टीवन वेनबर्ग ने विद्युत बल की अवधारणा को बनाने के लिए 1979 में विद्युत चुम्बकीय बल को एकीकृत करने के लिए भौतिकी में नोबेल पुरस्कार जीता। एक तथाकथित ग्रैंड यूनिफाइड सिद्धांत को खोजने के लिए काम करने वाले भौतिकविदों का लक्ष्य इलेक्ट्रोकेक बल को एक इलेक्ट्रॉन बल को परिभाषित करने के लिए मजबूत बल के साथ एकजुट करना है, जो कि मॉडल ने भविष्यवाणी की है लेकिन शोधकर्ताओं ने अभी तक नहीं देखा है। पहेली के अंतिम टुकड़े को तब हर चीज के तथाकथित सिद्धांत को विकसित करने के लिए इलेक्ट्रानिक बल के साथ गुरुत्वाकर्षण को एकीकृत करने की आवश्यकता होगी, एक सैद्धांतिक ढांचा जो पूरे ब्रह्मांड की व्याख्या कर सकता है।
हालाँकि, भौतिकविदों ने सूक्ष्म जगत के साथ सूक्ष्म जगत को मिलाना बहुत कठिन पाया है। बड़े और विशेष रूप से खगोलीय तराजू पर, गुरुत्वाकर्षण हावी है और इसे आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत द्वारा सर्वोत्तम रूप से वर्णित किया गया है। लेकिन आणविक, परमाणु या उप-परमाणु तराजू पर, क्वांटम यांत्रिकी प्राकृतिक दुनिया का सबसे अच्छा वर्णन करता है। और अब तक, कोई भी उन दो दुनियाओं को विलय करने का एक अच्छा तरीका नहीं आया है।
क्वांटम गुरुत्वाकर्षण का अध्ययन करने वाले भौतिकविदों का उद्देश्य क्वांटम दुनिया के संदर्भ में बल का वर्णन करना है, जो मर्ज में मदद कर सकता है। उस दृष्टिकोण के लिए मौलिक होगा गुरुत्वाकर्षण बल की खोज, गुरुत्वाकर्षण बल का सैद्धांतिक बल ले जाने वाला बोसॉन। गुरुत्वाकर्षण एकमात्र मौलिक बल है जो भौतिकविदों वर्तमान में बल-ले जाने वाले कणों का उपयोग किए बिना वर्णन कर सकते हैं। लेकिन क्योंकि सभी अन्य मूलभूत बलों के विवरणों में बल-ले जाने वाले कणों की आवश्यकता होती है, वैज्ञानिकों को उम्मीद है कि ग्रेविटॉन को उप-परमाणु स्तर पर मौजूद होना चाहिए - शोधकर्ताओं ने अभी तक इन कणों को नहीं पाया है।
कहानी को और जटिल करते हुए डार्क मैटर और डार्क एनर्जी का अदृश्य क्षेत्र है, जो ब्रह्मांड का लगभग 95% हिस्सा बनाता है। यह स्पष्ट नहीं है कि क्या डार्क मैटर और एनर्जी में एक ही कण या कणों का एक पूरा सेट होता है, जिनके पास अपने स्वयं के बल और मैसेंजर बोसॉन होते हैं।
वर्तमान ब्याज का प्राथमिक दूत कण सैद्धांतिक डार्क फोटॉन है, जो दृश्य और अदृश्य ब्रह्मांड के बीच बातचीत को मध्यस्थता करेगा। यदि अंधेरे फोटॉन मौजूद हैं, तो वे अंधेरे पदार्थ की अदृश्य दुनिया का पता लगाने की कुंजी होंगे और पांचवें मूलभूत बल की खोज हो सकती है। अब तक, हालांकि, कोई सबूत नहीं है कि अंधेरे फोटॉन मौजूद हैं, और कुछ शोधों ने मजबूत सबूत पेश किए हैं कि ये कण मौजूद नहीं हैं।
