કુદરતમાં મૂળભૂત બળો | Fundamental Forces in Nature in gujarati

કુદરતમાં મૂળભૂત બળો 

( Fundamental Forces in Nature )

વ્હાલા વિદ્યાર્થીઓ , જો આપણે એક દડાને સપાટી પર ગબડાવવો હોય , તો દડાને ગતિ આપવા બળ આપવું પડે છે . દડો સપાટી પર અમુક અંતર કાપ્યા પછી અટકી જાય છે . કારણ કે દડાની સપાટી પર ઘર્ષણબળ લાગે છે . સપાટી પરથી દડાને ઉપાડવા પણ આપણે બળ વાપરવું પડે છે . અરે કોઈ આપણને ખેંચે કે ધક્કો મારે ત્યારે પણ આપણે બળનો અનુભવ કરીએ છીએ . 

આમ , રોજ - બ - રોજના વ્યવહારમાં આપણે બળનો વિવિધ રીતે અનુભવ કરીએ છીએ . બળના આવા પ્રાથમિક ખ્યાલો પરથી બળના વૈજ્ઞાનિક ખ્યાલો સમજીશું .

 બળ અંગેનો સાચો ખ્યાલ સૌપ્રથમ આઇઝેક ન્યૂટને ગતિના પ્રખ્યાત નિયમો દ્વારા આપ્યો . સાથેસાથે તેણે ગુરુત્વાકર્ષણ બળનો સાર્વત્રિક નિયમ પણ આપ્યો . સ્થૂળ પ્રભાવક્ષેત્રોમાં ગુરુત્વાકર્ષણ બળ ઉપરાંત , પદાર્થોની સંપર્કસપાટીઓ વચ્ચે લાગતું ઘર્ષણબળ , ખેંચાયેલી કે દબાયેલી સ્પ્રિંગમાં ઉદ્ભવતું પુનઃસ્થાપક બળ , દો ૨ીમાં ઉદ્દભવતું તણાવ બળ , પ્રવાહીની મુક્ત સપાટીને સમાંતર લાગતું પૃષ્ઠતાણ , તરલ માધ્યમમાં ઉદ્ભવતું શ્યાનતાબળ વગેરેનો આપણને અનુભવ તો છે જ આ ઉપરાંત વિદ્યુતભારિત અને ચુંબકીય વસ્તુઓને કારણે પણ બળ ઉદ્ભવે છે .

 વિદ્યુત અને ચુંબકીય બળો , ન્યુક્લિયર બળો , આંતર પરમાણ્વીય અને આંતરઆણ્વીય બળો વગેરે સૂક્ષ્મ પ્રભાવક્ષેત્રોમાંનાં બળોનાં ઉદાહરણો છે . હાલમાં કુદરતમાં ચાર પ્રકારનાં મૂળભૂત બળો હોવાનું મનાય છે , જેનો ગુણાત્મક પરિચય હવે મેળવીશું . 

ગુરુત્વાકર્ષી બળ ( Gravitational Force )

ગુરુત્વાકર્ષી બળ એ સાર્વત્રિક છે અને બ્રહ્માંડમાં રહેલ બધા જ પદાર્થો આ બળ વડે એકબીજા સાથે આંતરક્રિયા કરે છે . વિશ્વમાં પ્રત્યેક કણ કોઈ પણ કણ પર આકર્ષણબળ લગાડે છે . 

ન્યૂટનના ગુરુત્વાકર્ષણના નિયમ અનુસાર વિશ્વમાં કોઈપણ બે કણો વચ્ચે લાગતું ગુરુત્વાકર્ષણ બળ તે બે કણોના દ્રવ્યમાનના ગુણાકારના સમપ્રમાણમાં અને તેમની વચ્ચેના અંતરના વર્ગના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે . ગુરુત્વાકર્ષી બળ એ પદાર્થોના દળના કારણે ઉદ્ભવતું આકર્ષણબળ છે તથા તે ગુરુઅંતરીય છે . આ બળ લાગવા માટે બે પદાર્થો વચ્ચે કોઈ માધ્યમની જરૂર હોતી નથી . 

ગુરુત્વાકર્ષણ બળ બે પદાર્થો વચ્ચે લાગતું માત્ર આકર્ષણ બળ છે . અન્ય મૂળભૂત બળોની સ ૨ ખામણીમાં ગુરુત્વાકર્ષી બળ એ સૌથી નબળું બળ છે , છતાં બ્રહ્માંડમાં પ્રવર્તતાં બીજાં બળો સમજવા માટે તેનું મૂલ્ય ઓછું આંકી શકાય નહિ . ગુરુત્વાકર્ષણ બળની મદદથી જ આપણે પૃથ્વી ઉપર ઊભા રહી શકીએ છીએ , હવામાં ઉપર ઉછાળેલ દડો પાછો નીચે આવે છે . 

દરિયામાં આવતી ભરતી - ઓટમાં પૃથ્વી અને ચંદ્ર વચ્ચે લાગતાં ગુરુત્વાકર્ષી બળનો પ્રભાવ માનવામાં આવે છે . પૃથ્વીની આસપાસ ફરતા ઉપગ્રહોની ગતિ , સૂર્યમંડળમાં ગ્રહોની ગતિ , બ્રહ્માંડની ઉત્પત્તિ , તારા અને તારાવિશ્વોની ઉત્પત્તિ તથા તેનો વિકાસ વગેરે બાબતોમાં ગુરુત્વાકર્ષી બળ જ સૌથી અગત્યનું પરિબળ છે .

વિદ્યુતચુંબકીય બળ ( Electromagnetic Force )

વીજભારિત કણો વચ્ચે લાગતાં બળને વિદ્યુતચુંબકીય બળ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે . સાદા કિસ્સામાં , જ્યારે વિદ્યુતભારો સ્થિર સ્થિતિમાં રહેલા હોય ત્યારે તેમની વચ્ચેના બળને સ્થિત વિદ્યુતબળ કહે છે . 

આ વિદ્યુતબળનું મૂલ્ય કુલંબના વ્યસ્ત વર્ગના નિયમને અનુસરે છે . આમ , આવા બે વિદ્યુતભારો પર લાગતું વિદ્યુતબળ બે વિદ્યુતભારોના ગુણાકારના સમપ્રમાણમાં અને વિદ્યુતભારિત કણો વચ્ચેના અંતરના વર્ગના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં ચલે છે . 

સજાતીય વિદ્યુતભારો વચ્ચે આ બળ અપાકર્ષી , જ્યારે વિજાતીય વીજભારો વચ્ચે આ બળ આકર્ષી હોય છે . જ્યારે વિદ્યુતભારો ગતિમાં હોય , ત્યારે તે ચુંબકીય અસરો પણ ઉપજાવે છે . આ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ગતિમાં રહેલા વિદ્યુતભારો પર બળ લગાડે છે .

 ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતામાં વિશ્વભારની ગતિને કારણે ફેરફાર થાય છે . વિદ્યુત અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની આ સંયુક્ત અસર અલગ ન પાડી શકાય તેવી હોય છે . આથી જ , સંયુક્ત રીતે ઉદ્ભવતી બળની આ અસરો વિદ્યુતચુંબકીય બળ તરીકે ઓળખાય છે . બે પદાર્થો વચ્ચે લાગતું વિદ્યુતચુંબકીય બળ તેમની વચ્ચેના માધ્યમ પર પણ આધાર રાખે છે . 

ગુરુત્વાકર્ષી બળની જેમજ વિદ્યુતચુંબકીય બળ પણ ગુરુઅંતરીય છે અને તે લાગવા માટે કોઈ માધ્યમની જરૂર પડતી નથી . આ બળ ગુરુત્વાકર્ષી બળની સરખામણીમાં વધારે પ્રબળ હોય છે . કોઈ નિશ્ચિત અંતરે રહેલા બે પ્રોટોન વચ્ચે લાગતા ગુરુત્વાકર્ષી બળ કરતાં તેમની વચ્ચે લાગતું વિદ્યુતીય બળ 103 ગણું વધારે હોય છે . આકાશમાં ચમકતી વીજળી , વિદ્યુત ઘંટડી વગેરેમાં વિદ્યુત ચુંબકીય બળની અસર જોવા મળે છે .

સ્ટ્રોંગ ન્યુક્લિયર બળ ( Strong Nuclear Force ) 

આપણે જાણીએ છીએ કે ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન્સ અને ન્યુટ્રૉન રહેલા હોય છે . પ્રોટોન ધન વિદ્યુતભારિત કણો છે . જ્યારે ન્યુટ્રૉન વિદ્યભાર રહિતના કણો છે . જો કુલંબના નિયમ પ્રમાણે વિચારીએ તો સજાતિય વિદ્યુતભાર ધરાવતા પ્રોટોન પ્રોટોન વચ્ચે અપાકર્ષીય બળ લાગે અને જો આમ થાય તો ન્યુક્લિયસ અસ્થિર બને . 

જે સૂચવે છે કે ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રૉનને જકડી રાખતું જવાબદાર બળ પ્રબળ આકર્ષીય બળ છે . પ્રોટોન - પ્રોટોન , ન્યુટ્રૉન - ન્યુટ્રૉન અને પ્રોટોન - ન્યુટ્રોન વચ્ચે ન્યુક્લિયસમાં લાગતા વીજભારથી સ્વતંત્ર એવા આ બળને સ્ટ્રોંગ ન્યુક્લિયર બળ કહે છે . આ બળ ફક્ત ન્યુક્લિયસમાં જ લાગતું હોવાથી તે લઘુઅંતરીય ( 10–15m ) છે . બધાં જ મૂળભૂત બળો કરતાં સ્ટ્રોંગ ન્યુક્લિયર બળ સૌથી વધારે પ્રબળ હોય છે . 

ન્યુટ્રૉન અને પ્રોટોન ‘ ક્વાર્કસ ' તરીકે ઓળખાતા મૂળ કણોના બનેલા માનવામાં આવે છે . તેથી હાલનાં સંશોધનો પ્રમાણે આ બળ ક્વાર્ટ – ક્વાર્ક બળને આભારી છે . તેમ માનવામાં આવે છે . વિદ્યાર્થીમિત્રો , અહીં એ નોંધવું ઘટે કે ઇલેક્ટ્રૉન ન્યુક્લિયસની બહાર હોવાથી તેના પર સ્ટ્રોંગ ન્યુક્લિયર બળ લાગતું નથી .

વીક ન્યુક્લિયર બળ ( Weak Nuclear Force )

વીક ન્યુક્લિયર બળ એ માત્ર નિશ્ચિત ન્યુક્લિયર પ્રક્રિયાઓ જેવી કે ન્યુક્લિયસમાંથી –કણોના ઉત્સર્જનમાં જોવા મળે છે . P- કણના ઉત્સર્જન દરમ્યાન ન્યુક્લિયસ ઇલેક્ટ્રોન અને વિદ્યુતભારવિહીન એવા ન્યુટ્રિનો કણોનું ઉત્સર્જન કરે છે . વીક ન્યુક્લિયર બળ એ ન્યુટ્રૉનોની બીજા કોઈ કણોની ( માત્ર ફર્મિયોન ) સાથેની આંતરક્રિયા દરમિયાન ઉદ્ભવે છે . 

વીક ન્યુક્લિયર બળ એ ગુરુત્વાકર્ષી બળ કરતાં પ્રબળ પરંતુ સ્ટ્રોંગ ન્યુક્લિયર બળ અને વિદ્યુતચુંબકીય બળ કરતાં નબળું હોય છે . વીક ન્યુક્લિયર બળની અવધી 10–15m થી10-15 m ના વિસ્તારના ક્રમની હોય છે .