Тема 6. Эволюция представлений о взаимодействии

Взаимодействие – универсальная форма движения и развития; процесс воздействия одних объектов на другие путем обмена материей и движением.

Фундаментальные физические взаимодействия – глубинные свойства материи, изучаемые физикой, к которым можно свести все виды взаимодействий, известных современной физике. Выделяют четыре вида ФФВ, каждое из которых имеет своих частиц-переносчиков: гравитационное (переносится гравитонами), электромагнитное (фотонами), слабое ядерное (тремя векторными бозонами) и сильное ядерное (глюонами). Все ФФВ зависят от расстояния между зарядами: с уменьшением расстояния между ними сила взаимодействия либо возрастает (гравитационное, электромагнитное, слабое ядерное), либо уменьшается (сильное ядерное). Переносчиком взаимодействий между материальными объектами выступает физическое поле. В науке сформировались два различных способа описания механизма физического взаимодействия, основывающиеся на принципах дальнодействия и близкодействия.

Дальнодействия принцип – принцип описания физического взаимодействия, сформулированный И.Ньютоном, согласно которому взаимодействие между любыми телами (структурами) происходит мгновенно на любом расстоянии без каких-либо материальных носителей и посредников (агентов взаимодействия), т.е. через пустоту. Этот принцип был сформулирован И. Ньютоном, который с помощью него пытался объяснить механизм действия гравитационных сил.

Близкодействия принцип – современный принцип физического взаимодействия, согласно которому любой вид взаимодействия передается соответствующим полем, от точки к точке (между соседними структурами), с конечной скоростью, не превышающей скорость света.

Гравитационное взаимодействие – физическое взаимодействие, являющееся самым слабым из всех известных взаимодействий, но обладающее универсальным характером во Вселенной (гравитация определяет движение планет в звездных системах и управляет эволюцией Вселенной), т.к. является дальнодействующей силой (на больших расстояниях). Переносчиком ГВ являются элементарные частицы – гравитоны. ГВ доминирует в макромире; в микромире гравитационная сила не играет особой роли, т.к. теряется на фоне бо­лее могучих сил). Гравитационная сила не обладает противоположной эквивалент­ной силой отталкивания (антигравитацией). Общепринятой теорией гравитационного взаимодействия является общая теория относительности.

Электромагнитное взаимодействие – физическое взаимодействие, которое обладает универсаль­ным характером и существует между любыми телами (является дальнодействующим); именно силы электромагнитного происхождения связывают электроны и ядра в атомы, атомы – в молекулы, молекулы – в тела; в ЭВ участвуют все заряженные тела и все заряженные элементарные частицы (в нем не участвуют электрически нейтральные частицы, например нейтрон). Частицами-переносчиками ЭВ являются фотоны. По своей величине электромагнитные силы намного превос­ходят гравитационные, занимая второе место на шкале взаимо­действий, поэтому эти силы легко наблюдать даже между телами обычных размеров. ЭВ преобладает в области масштабов от радиуса атома до нескольких километров, поскольку уменьша­ется с расстоянием (но не исчезает). Благодаря ЭВ происходят все химические реакции; к нему сводятся все обычные силы, им определяются агрегатные состояния вещества, оптические явления и др. Классической теорией электромагнитного взаимодействия является электродинамика Максвелла; в современной физике более совершенная и точная теория электромагнетизма, в которой учтены квантово-полевые аспекты явления, называется квантовой электродинами­кой.

Слабое ядерное взаимодействие – физическое взаимодействие, действующее только в микромире, которое ответственно за превращение элемен­тарных частиц друг в друга и играет очень важную роль во многих явлениях космического масштаба (благодаря слабому взаимодействию происходят термоядерные реакции, без которых погасло бы Солнце и большинство звезд). Частицы-переносчики слабого взаимодействия – три тяжелых векторных бозона.

Сильное ядерное взаимодействие – физическое взаимодействие, которое занимает первое место по силе и яв­ляется источником огромной энергии; основная функция силь­ного взаимодействия – соединять кварки и антикварки в адроны. Проявлением сильного взаимодействия являются ядерные силы – силы, действующие между нуклонами в ядрах атома. Частицами-переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны. Современная теория сильного взаимодействия и называется квантовой хромодинамикой.