Фундаментальные взаимодействия

Взаимодействующие объекты обмениваются энергиейиимпульсом – основными характеристиками их движения.

В классической физике взаимодействие определяется силой, с которой один материальный объект действует на другой.

Долгое время считалось, что взаимодействие материальных объектов, находящихся даже на большом расстоянии друг от друга, передается через пустое пространство мгновенно.

Такое утверждение соответствует концепции дальнодействия.

К настоящему времени экспериментально подтверждена другая концепция – концепция близкодействия:

«взаимодействия передаются посредством физических полей с конечной скоростью, не превышающей скорости света в вакууме».

Как показали физические исследования, все разнообразные взаимодействия материальных объектов можно отнести к четырем видам фундаментальных взаимодействий:

1) гравитационному (радиус действия −∞, константа взаимодействия );

2) электромагнитному (радиус действия −∞, константа взаимодействия );

3) сильному (радиус действия м, константа взаимодействия 1);

4) слабому (радиус действия м, константа взаимодействия ).

Гравитационное взаимодействие проявляется во взаимном притяжении любых материальных объектов, имеющих массу.

В соответствии с квантовой теорией поля переносчиками гравитационного взаимодействия являются гравитоны – частицы с нулевой массой, кванты гравитационного поля.

Электромагнитное взаимодействие обусловлено электрическими зарядами и передается посредством электрического и магнитного полей.

Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, а магнитное – при их движении.

Изменяющееся магнитное поле порождает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, является источником переменного магнитного поля.

В обобщенном виде электромагнитное взаимодействие описывается электромагнитной теорией Максвелла, связывающей электрическое и магнитное поля.

Из нее следуют фундаментальные законы: Кулона, Ампера, Лоренца и другие.

Согласно квантовой электродинамике, переносчиками электромагнитного взаимодействия являются фотоны – кванты электромагнитного поля с нулевой массой.

Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов (нейтронов, протонов) в ядре.

Оно определяется ядерными силами, обладающими зарядовой независимостью, короткодействием, насыщением и другими свойствами.

Сильное взаимодействие отвечает за стабильность атомных ядер.

Чем сильнее взаимодействие нуклонов в ядре, тем стабильнее ядро, тем больше его удельная энергия связи.

С увеличение числа нуклонов в ядре и, следовательно, размера ядра удельная энергия связи уменьшается, и ядро может распадаться, что и происходит с ядрами элементов, находящихся в конце таблицы Менделеева.

Предполагается, что сильное взаимодействие передается глюонами – частицами, «склеивающими» кварки, входящие в состав протонов, нейтронов и других частиц.

В слабом взаимодействии участвуют все элементарные частицы, кроме фотонов.

Оно обусловливает большинство распадов элементарных частиц, взаимодействие нейтрино с веществом и другие процессы.

Слабое взаимодействие проявляется главным образом в процессах β-распада атомных ядер многих изотопов, свободных нейтронов и т. д.

Принято считать, что переносчиками слабого взаимодействия являются вионы– частицы с массой примерно в 100 раз большей массы протонов и нейтронов.

В результате экспериментальных исследований взаимодействия элементарных частиц в 1983 г. было обнаружено, что при больших энергиях столкновения протонов ( эВ) слабое и электромагнитное взаимодействия не различаются − их можно рассматривать как единое электрослабое взаимодействие.

Одна из важнейших задач современного естествознания – создание единой теории фундаментальных взаимодействий, объединяющей все виды взаимодействий.

Единая теория фундаментальных взаимодействий обеспечит концептуальное обобщение знаний об окружающем мире.

Перейдём к другим понятиям (фундаментальным, но не общим).