דלג לתוכן הראשי
מצפה הכוכבים כנרת
  • ספר לימוד
    • פרק א' – כיצד פועל המדע?
    • פרק ב' – אסטרונומיה קדומה
    • פרק ג' – המהפכה הקופרניקנית
    • פרק ד' – אנרגיה וחומר ביקום
    • פרק ה' – מערכת ארץ-ירח
    • פרק ו' – פלנטות ארציות
    • פרק ז' – פלנטות ענקיות וירחיהן
    • פרק ח' – גופים במרחב הפלנטרי
    • פרק ט' – כיצד נוצרה המערכת הפלנטרית?
    • פרק י' – גלוי קרינה מהחלל
    • פרק י"א – השמש – הכוכב שלנו
    • פרק י"ב – תכונותיהם של כוכבים
    • פרק י"ג – הולדתם ומותם של כוכבים
    • פרק י"ד – שביל החלב
    • פרק ט"ו – גלקסיות
    • פרק ט"ז – היקום המתפשט
    • פרק י"ז – קוסמולוגיה
    • פרק י"ח – החיים בכדור הארץ
    • פרק י"ט – חיים ביקום
  • הדמיות
  • עבודות זעירות
    • מהם מטאוריטים?
    • מה הם כתמי שמש?
    • מה קורה לחלקי השמש כאשר הם מתפרצים מהשמש ומה תוצאת נפילתם?
    • מדוע כוכב הלכת אורנוס מסתחרר בשכיבה על הצד?
    • מדוע צבעו של מאדים אדום?
    • מדוע כוכב הלכת אורנוס מסתחרר בשכיבה על הצד?
    • למה נעלמו המים במאדים?
    • איך כוכב הלכת צדק נוצר, הגיע למערכת השמש והחל להסתובב סביבה במסלול הקבוע?
    • כיצד נוצרו טבעותיו של שבתאי (saturn)?
  • פעילויות תלמידים
    • בית ספר יסודי
    • חטיבת ביניים
    • בית ספר תיכון
  • מצפה כוכבים רובוטי
  • פרויקטים
    • מייזמים שמתקיימים כעת
    • מייזמים שהסתיימו
    • תערוכת טילאות
  • צור קשר
  • ראשי
  • ספר לימוד
  • הדמיות באסטרונומיה
  • עבודות זעירות
  • אסטרוטופ
  • פעילויות תלמידים
  • מצפה כוכבים רובוטי
  • פרויקטים
  • צור קשר
מצפה הכוכבים כנרת
  • ספר לימוד
    • פרק א' – כיצד פועל המדע?
    • פרק ב' – אסטרונומיה קדומה
    • פרק ג' – המהפכה הקופרניקנית
    • פרק ד' – אנרגיה וחומר ביקום
    • פרק ה' – מערכת ארץ-ירח
    • פרק ו' – פלנטות ארציות
    • פרק ז' – פלנטות ענקיות וירחיהן
    • פרק ח' – גופים במרחב הפלנטרי
    • פרק ט' – כיצד נוצרה המערכת הפלנטרית?
    • פרק י' – גלוי קרינה מהחלל
    • פרק י"א – השמש – הכוכב שלנו
    • פרק י"ב – תכונותיהם של כוכבים
    • פרק י"ג – הולדתם ומותם של כוכבים
    • פרק י"ד – שביל החלב
    • פרק ט"ו – גלקסיות
    • פרק ט"ז – היקום המתפשט
    • פרק י"ז – קוסמולוגיה
    • פרק י"ח – החיים בכדור הארץ
    • פרק י"ט – חיים ביקום
  • הדמיות
  • עבודות זעירות
    • מהם מטאוריטים?
    • מה הם כתמי שמש?
    • מה קורה לחלקי השמש כאשר הם מתפרצים מהשמש ומה תוצאת נפילתם?
    • מדוע כוכב הלכת אורנוס מסתחרר בשכיבה על הצד?
    • מדוע צבעו של מאדים אדום?
    • מדוע כוכב הלכת אורנוס מסתחרר בשכיבה על הצד?
    • למה נעלמו המים במאדים?
    • איך כוכב הלכת צדק נוצר, הגיע למערכת השמש והחל להסתובב סביבה במסלול הקבוע?
    • כיצד נוצרו טבעותיו של שבתאי (saturn)?
  • פעילויות תלמידים
    • בית ספר יסודי
    • חטיבת ביניים
    • בית ספר תיכון
  • מצפה כוכבים רובוטי
  • פרויקטים
    • מייזמים שמתקיימים כעת
    • מייזמים שהסתיימו
    • תערוכת טילאות
  • צור קשר
  • ראשי
  • ספר לימוד
  • הדמיות באסטרונומיה
  • עבודות זעירות
  • אסטרוטופ
  • פעילויות תלמידים
  • מצפה כוכבים רובוטי
  • פרויקטים
  • צור קשר
17.26 כוחות הטבע
ראשי » פרק י"ז - קוסמולוגיה » 17.26 כוחות הטבע

17.26 כוחות הטבע

כדי להעמיק את הידע שלנו על היקום המוקדם מאוד, צריך לעסוק בכוחות היסוד של הטבע. כמו ההוגים היוונים הקדומים לפניהם, המדענים המודרניים מקווים לגלות את התיאור הפשוט ביותר האפשרי של העולם הפיזיקלי. שיטה מדעית נשענת על האמונה שלתופעות פיזיקליות מגוונות יש בסיס פשוט משותף. חשבו על המגוון העשיר של המבנים בקוסמוס – מהמערבולת של הגלקסיות הספירליות ומהתעלומה של החורים השחורים ועד ה"תחרה" של קשתות וחללים ריקים בהתפלגות הגלקסיות. כוח אחד, הכבידה, עיצב את כל המבנים האלה. חשבו גם על המגוון של העולם החומרי – ממתכות יקרות ומבריקות וגזים אדישים וחסרי צבע ועד ה"תסיסה" הרדיואקטיבית של היסודות הכבדים. הכוחות האטומיים יוצרים את המגוון הזה.

סקירה של המשפחות של חלקיקי היסוד והחלקיקים המורכבים, ושל התיאוריות שמתארות את האינטראקציות ביניהם. הפרמיונים משמאל, והבוזונים מימין.

החיפוש אחר סימטריה נמשך גם בכוחות היסוד של הטבע. בעולם הפיזיקלי יש ארבעה כוחות. שני הכוחות המוכרים לנו ביותר – הכבידה והאלקטרומגנטיות – פועלים לטווח אינסופי ותורמים למבנה של העולם המקרוסקופי. הכוח האלקטרומגנטי חזק מאוד מהכבידה: בין שני פרוטונים הוא חזק פי 1036 בערך. אם אתם מפקפקים בזה, שפשפו בלון בראש ושימו לב איך המטען החשמלי הסטטי הקלוש שלו מחזיק אותו צמוד לתקרה, נגד כוח המשיכה של כדור הארץ כולו. באותו אופן, מגנט צנוע מחזיק מסמר נגד הכבידה של כדור הארץ. בחומר רגיל, הכוחות האלקטרומגנטיים מנוטרלים פשוטו כמשמעו, כי מספר האלקטרונים, בעלי המטען השלילי, שווה למספר הפרוטונים, בעלי המטען החיובי.

מודל האטום של רתרפורד.

שני הכוחות האחרים של הטבע פועלים למרחקים קצרים מאוד, בתוך האטום. הכוח הגרעיני החלש חזק בעצם הרבה יותר מהכבידה, אבל הטווח שלו קטן בערך פי 1,000 מגרעין אטום. הוא אחראי להתפרקות רדיואקטיבית של גרעינים כבדים ולהתפרקות של נייטרונים כשאינם כלואים בגרעיני אטומים. לכוח הגרעיני החזק יש טווח בערך בגודל של גרעין אטום, והוא קושר את הנייטרונים והפרוטונים בתוך הגרעין. לשם כך הוא חייב להתגבר על הכוח האלקטרומגנטי, שבלעדיו היה גורם לפרוטונים, בעלי המטען החיובי, לדחות זה את זה. הפיזיקאים הראו שבתוך גרעין האטום, הפרוטונים והנייטרונים עשויים מחלקיקים קטנים עוד יותר, שנקראים קווארקים.

הנה סיכום התכונות של ארבעת כוחות הטבע (העוצמות היחסיות הן בקירוב, בין שני פרוטונים במרחק של גרעין אטום):

• הכוח הגרעיני החזק: עוצמה יחסית = 1; פועל על קווארקים; מחזיק את גרעיני האטומים.

• הכוח האלקטרומגנטי: עוצמה יחסית ≈ 10−2; פועל על כל החלקיקים הטעונים; מחזיק את האטומים וקובע את הגלים האלקטרומגנטיים.

• הכוח הגרעיני החלש: עוצמה יחסית ≈ 10−6; פועל על קווארקים ועל לפטונים (אלקטרונים ונייטרינים); מעורב בהתפרקות רדיואקטיבית.

• הכבידה: עוצמה יחסית ≈ 10−38; פועלת על כל החלקיקים; קובעת את התנועה והמבנה של פלנטות, כוכבים וגלקסיות.

ארבעת כוחות הטבע נראים שונים ככל האפשר: לשניים טווח אינסופי ולשניים טווח קצר, הם מועברים על ידי חלקיקים בעלי מסות שונות, והעוצמות שלהם שונות זו מזו בגורם של כמעט 1040! הביטוי האולטימטיבי לאמונה של הפיזיקאים בסימטריה הוא החיפוש אחר איחוד: תיאוריה שתראה שארבעת כוחות הטבע הם ביטויים של כוח מאוחד אחד.

ייתכן שהעולם שלנו, עולם של אנרגיה נמוכה, מייצג מצב של סימטריה "שבורה", שבו הדמיון היסודי בין הכוחות והחלקיקים מוסתר. דמיינו שמסובבים רולטה. בהתחלה לכדור יש אנרגיה גבוהה, והוא נע במעגלים. בסוף, כשהגלגל נעצר, הכדור נח באחד מ-37 תאים ממוספרים. אילו צפינו בתוצאות של סיבובים רבים, היינו עלולים להסיק שלכדור יש 37 מצבים שונים. אבל באנרגיה גבוהה, לכדור יש תמיד אותה תנועה; הסימטריה נשברת רק באנרגיה נמוכה. דוגמה נוספת: דמיינו הרבה עפרונות שעומדים מאוזנים על הצד השטוח שלהם. במבט מלמעלה או מהצד הם נראים אחידים וסימטריים. אבל אם כולם ייפלו (למצב של אנרגיה פוטנציאלית נמוכה יותר), תתקבל ערמה סבוכה של עפרונות עקומים וחופפים, בלי שום סימטריה. אנחנו נמצאים בעולם של האנרגיה הנמוכה, מביטים בערבוביה של כוחות וחלקיקים תת-אטומיים, ומנסים לדמיין את הפשטות של היקום עתיר האנרגיה.

הפיזיקאים עשו את הצעד הראשון לקראת איחוד בסוף שנות ה-60 ובשנות ה-70, בתיאוריה שאיחדה את הכוח האלקטרומגנטי עם הכוח הגרעיני החלש. התיאוריה האלקטרו-חלשה הזאת אוששה באופן משכנע בניסויים במאיצי חלקיקים ב-1983. ביקום המוקדם היו הכוח האלקטרומגנטי והכוח הגרעיני החלש מאוחדים בטמפרטורות של יותר מ-1015 K, כלומר עד כ-10−12 שנייה אחרי המפץ הגדול. ביקום של היום הסימטריה שבורה, ושני הכוחות נראים שונים לגמרי. בעקבות ההצלחה הזאת ניסו התאורטיקנים להכניס גם את הכוח הגרעיני החזק תחת מטריית האיחוד, בתיאוריות המאוחדות הגדולות (grand unified theories). (אומרים "תיאוריות" בלשון רבים, כי הפיזיקאים הציעו כמה גרסאות של איחוד). יש ציפייה תיאורטית לאנרגיה, או לטמפרטורה, שבה כוחות הטבע מתאחדים. הכוח החלש, החזק והאלקטרומגנטי צפויים להיות שווים בטמפרטורה מופלאה של 1028 K, שמתאימה לזמן של 10−35 שנייה בלבד אחרי המפץ הגדול! הטמפרטורה הזאת רחוקה מאוד מהטווח של כל מאיץ חלקיקים קיים או מתוכנן. המעבדה האפשרית היחידה לתיאוריות המאוחדות הגדולות היא היקום המוקדם מאוד.

התיאוריות המאוחדות הגדולות עשויות לפתור כמה מתעלומות המפץ הגדול. ב-1964 גילו פיזיקאים ניסויים אי-סימטריה קלה בין ההתנהגות של חומר לזו של אנטי-חומר. התיאוריות המאוחדות הגדולות חוזות עודף של חומר על אנטי-חומר בטמפרטורות של כ-1028 K, אבל אינן נותנות חיזוי מוחשי לגודל העודף. ובכל זאת, מרגש לחשוב שתיאוריות שהומצאו כדי להסביר תופעה במעבדה עשויות להסביר למה יש ביקום הרבה יותר חומר מאנטי-חומר.

התיאוריות המאוחדות הגדולות נותנות גם תובנה לגבי הסיבה שבגללה אולי התרחשה האינפלציה. כשהיקום עבר את הטמפרטורה שבה הכוח החזק נפרד מהכוח החלש והאלקטרומגנטי, הוא שינה את מצבו – בדומה למים שמשנים את מצבם כשהם קופאים לקרח. כשמים קופאים, משתחררת אנרגיה. (האנלוגיה מגיעה אפילו לאובדן הסימטריה בטמפרטורה נמוכה: מולקולות המים נעות בחופשיות ופונות לכל הכיוונים, ואילו בגבישי הקרח הן מסודרות בכיוונים מסוימים). לפי התרחיש הזה, היקום המוקדם מאוד התקרר מהר כל כך, שנשאר "תקוע" לרגע במצב עתיר אנרגיה – כמו מים שמקוררים מתחת לאפס ועדיין אינם קופאים. אנרגיית הריק הזאת הניעה את האינפלציה הפתאומית של היקום, 10−35 שנייה אחרי המפץ הגדול. כשהכוח החזק נפרד סופית, האנרגיה מהמעבר הזה הציפה את היקום בצורת 1089 פוטונים, וההתפשטות המשיכה בקצב נינוח יותר. התרחיש הזה נשמע דמיוני לגמרי, אבל אחד החיזויים שלו כבר אושש. האינפלציה לוקחת תנודות קוונטיות ומגדילה אותן לזרעים של המבנה הגדול של היקום. התיאוריה חוזה שהתנודות יהיו בעוצמה כמעט שווה בכל קני המידה, עם נטייה קלה לקני המידה הגדולים. התצפיות של הלוויינים WMAP ופלאנק הראו שלתנודות הזעירות בקרינת הרקע במיקרוגל יש בדיוק התכונה הזאת.

→ הסעיף הקודם: 17.25 חומר ואנטי-חומר  |  הסעיף הבא: 17.27 כוונון עדין בקוסמולוגיה ←

« הקודם
הבא »
פוסטים אחרונים
  • 17.31 גבולות הידע
  • 17.30 הרב-יקום
  • 17.29 תורת המיתרים והקוסמולוגיה
  • 17.28 העיקרון האנתרופי בקוסמולוגיה
  • 17.27 כוונון עדין בקוסמולוגיה
קטגוריות
  • אור והספקטרום האלקטרומגנטי
  • אנרגית השמש
  • אסטרואידים
  • אסטרוטופ
  • אסטרונומיה במאות 16-17
  • בית ספר יסודי
  • בית ספר תיכון
  • גלקסיות
  • גרמי שמים
  • הדמיות באסטרונומיה
  • הזמנת הרצאות
  • הירח
  • המרכז לחינוך אסטרונומי כנרת
  • הצעות למחקר
  • השמש
  • חטיבת ביניים
  • טלסקופ רובוטי
  • טלסקופים
  • ימי חלל ואסטרונומיה
  • כוכבים כפולים ומשתנים
  • כללי
  • ליקויים
  • מייזמים המתקיימים כעת
  • מייזמים שהסתיימו
  • מערכת השמש
  • מפגשי חובבים
  • מצפה כוכבים רובוטי
  • ספר לימוד
  • עבודות זעירות
  • פלנטה אורנוס
  • פלנטות מחוץ למערכת השמש
  • פלנטות מחוץ למערכת השמש
  • פלנטת מאדים
  • פלנטת נוגה
  • פלנטת נפטון
  • פלנטת צדק
  • פלנטת שבתאי
  • פעילויות לציבור הרחב
  • פעילויות לתלמידים
  • פרויקטים
  • פרק א' – כיצד פועל המדע?
  • פרק ב' – אסטרונומיה תצפיתית
  • פרק ג' – המהפכה הקופרניקנית ותוצאותיה
  • פרק ד' – אנרגיה וחומר ביקום
  • פרק ה' – מערכת ארץ-ירח
  • פרק ו' – פלנטות ארציות
  • פרק ז' – פלנטות ענקיות וירחיהן
  • פרק ח' – גופים במרחב הפלנטרי
  • פרק ט' – היווצרות מערכת פלנטרית
  • פרק ט"ו – גלקסיות
  • פרק ט"ז – היקום המתפשט
  • פרק י' – גלוי קרינה מהחלל
  • פרק י"א – השמש – הכוכב שלנו
  • פרק י"ב – תכונותיהם של כוכבים
  • פרק י"ג – הולדתם ומותם של כוכבים
  • פרק י"ד – שביל החלב
  • פרק י"ז – קוסמולוגיה
  • פרק י"ח – החיים בכדור הארץ
  • פרק י"ט – חיים ביקום
  • קואורדינטות ותנועות
  • קוסמולוגיה
  • שאלות נפוצות
  • תוכנות לניתוח תצלומים
  • תחרות ארצית בצילום אסטרונומי
  • תכונותיהם של כוכבים
  • תמיכה
  • תנועות גרמי שמים
  • תערוכת טילאות
  • תצפיות שמיים
תגובות אחרונות
    ארכיונים
    • נובמבר 2026
    • אוקטובר 2026
    • ספטמבר 2026
    • מאי 2026
    • מרץ 2026
    • נובמבר 2025
    • אוקטובר 2025
    • אוגוסט 2025
    • יולי 2025
    • יוני 2025
    • פברואר 2025
    • נובמבר 2024
    • אוקטובר 2024
    • אוגוסט 2024
    • יולי 2024
    • מאי 2024
    • פברואר 2024
    • ספטמבר 2023
    • אוגוסט 2023
    • אפריל 2023
    • מרץ 2023
    • פברואר 2023
    • ינואר 2023
    • דצמבר 2022
    • נובמבר 2022
    • אוקטובר 2022
    • פברואר 2022
    • דצמבר 2021
    • דצמבר 2020
    • דצמבר 2019
    • אוקטובר 2019
    • ספטמבר 2019
    • אוגוסט 2019
    • יולי 2019
    • יוני 2019
    • מאי 2019
    • אפריל 2019
    • ינואר 2019
    • נובמבר 2018
    • אוקטובר 2018
    • ספטמבר 2018
    • יולי 2018
    • יוני 2018
    • מאי 2018
    • אפריל 2018
    • מרץ 2018
    • פברואר 2018
    • ספטמבר 2017
    • אוגוסט 2017
    • יולי 2017
    • יוני 2017
    • מאי 2017
    • אפריל 2017
    • מרץ 2017
    כלים
    • הרשמה
    • התחבר
    • פיד רשומות
    • פיד תגובות
    • WordPress.org
    תוכן עניינים:
    פרק א'
    • 1.14 קנה מידה בחלל
    • 1.13 האסטרונומיה כמדע
    • 1.12 מחקר מדעי מודרני
    • 1.11 מערכות ידע מדעיות
    • 1.10 תיאוריות מדעיות
    • 1.9 חקר מקרה – חיים על מאדים
    • 1.8 בדיקת השערות
    • 1.7 סימון מדעי
    • 1.6 תצפיות ואי-וודאות
    • 1.5  ממדים
    • 1.4  אומדן
    • 1.3 מדידות
    • 1.2 ראיות
    • 1.1 טבע המדע
    פרק ב'

    יש ללחוץ על כפתור העריכה כדי לשנות את הטקסט הזה. לורם איפסום דולור סיט אמט, קונסקטורר אדיפיסינג אלית קולהע צופעט למרקוח איבן איף, ברומץ כלרשט מיחוצים. קלאצי צש בלי

    מדיניות הפרטיות | כל הזכויות שמורות ל-שיר-שירותי ידע ברשת, אשדות יעקב איחוד © 2022
    Design by Visuali

    כלי נגישות

    גודל טקסט
    הצהרת נגישות
    by Studio Visuali
    logo

    אנחנו משתמשים בעוגיות

    אנו משתמשים בעוגיות כדי לשפר את חוויית הגלישה שלך, לנתח את השימוש באתר ולהתאים עבורך תוכן שיווקי. בלחיצה על "אישור הכל" אתה מאשר את השימוש בעוגיות. באפשרותך לנהל את העדפותיך, לדחות עוגיות שאינן הכרחיות או לקרוא עוד במדיניות הפרטיות שלנו.

    מדיניות פרטיות

    Visuali — Cookie Consent

    עוגיות הכרחיות

    עוגיות אלו נדרשות לתפקוד הבסיסי של האתר ולא ניתן לכבותן.

    עוגיות פונקציונליות

    מאפשרות לאתר לזכור את העדפותיך, כגון שפה או אזור.

    עוגיות אנליטיקה

    עוזרות לנו להבין כיצד המבקרים משתמשים באתר, לשם שיפור השירות.

    עוגיות שיווק

    משמשות להצגת פרסומות רלוונטיות עבורך ולמדידת אפקטיביות קמפיינים.

    גלילה לראש העמוד