Основные виды фундаментальных взаимодействия

     2.3 Электромагнитное взаимодействие. 

     В электромагнитном взаимодействии участвуют все заряженные тела, все заряженные элементарные частицы. В этом смысле оно достаточно универсально. В качестве константы связи принимается заряд электрона e.  С точки зрения квантовой теории переносчиком электромагнитного взаимодействия является элементарная частица – фотон, который, также как гравитон, не имеет массы покоя и движется со скоростью света.

     Электромагнитное взаимодействие связано с электрическими и магнитными полями. Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, а магнитное поле - при их движении. В природе существуют как положительные, так и отрицательные заряды, что и определяет характер электромагнитного взаимодействия. Например, электростатическое взаимодействие между заряженными телами в зависимости от знака заряда сводится либо к притяжению, либо к отталкиванию. При движении зарядов в зависимости от их знака и направления движения между ними возникает либо притяжение, либо отталкивание. Различные агрегатные состояния вещества, явление трения, упругие и другие свойства вещества определяются преимущественно силами межмолекулярного взаимодействия, которое по своей природе является электромагнитным. Электромагнитное взаимодействие описывается фундаментальными законами электростатики и электродинамики: законом Кулона, законом Ампера и др. Его наиболее общее описание дает электромагнитная теория Максвелла, основанная на фундаментальных уравнениях, связывающих электрическое и магнитное поля.

     В частности, электромагнитное отталкивание молекул, находящихся на малых расстояниях, вызывает силу реакции опоры, в результате чего мы, например, не проваливаемся  сквозь пол. Электромагнитное взаимодействие не оказывает существенного влияния  на взаимное движение макроскопических тел большой массы, так как  каждое тело электронейтрально, то есть содержит примерно одинаковое количество положительных и отрицательных  зарядов.

     В 1967 году Шелдон Глэшоу, Абдус Салам и Стивен Вайнберг создали теорию, согласно которой электромагнитное и слабое взаимодействия представляют собой проявление единого электрослабого взаимодействия. Можно ли понять на качественном уровне, как происходит разделение объединенного взаимодействия на отдельные, как бы независимые взаимодействия? 

     Пока  характерные энергии достаточно малы, электромагнитное и слабое взаимодействия отделены и не влияют друг на друга.  С ростом энергии начинается их взаимовлияние, и при достаточно больших энергиях эти взаимодействия сливаются в единое электрослабое взаимодействие.  Если расстояние от элементарной частицы меньше радиуса действия слабых сил (10-17м), то различие между электромагнитным и слабым взаимодействиями исчезает.

     Итак, электромагнитное взаимодействие, являясь  дальнодействующим, определяет структуру  вещества за пределами радиуса действия сильного взаимодействия. Также оно  связывает электроны и ядра в  атомах и молекулах, объединяет атомы  и молекулы в различные вещества, определяет химические и биологические  процессы.  

     2.4 Сильное взаимодействие.

     Сильное взаимодействие обеспечивает исключительную прочность ядра, лежащую в основе стабильности вещества в земных условиях. На расстоянии, большем 10-15м (порядка размера ядра), силы притяжения между протонами и нейтронами резко убывают, переставая связывать их друг с другом.

     Сильное взаимодействие  определяет ядерные  силы, которые обладают короткодействием и насыщением, поэтому данное взаимодействие может влиять только на объекты микромира, в отличие от электромагнитного взаимодействия, которое обладает универсальностью и существует между любыми телами во всех мирах.

     Характерной чертой сильного взаимодействия является его зарядовая независимость. Ядерные  силы притяжения между протонами, между  нейтронами и между протоном и  нейтроном по существу одинаковы. Отсюда следует, что с точки зрения сильных  взаимодействий протон и нейтрон  неотличимы и для них используется единый термин нуклон, то есть частица ядра.

     Основная  функция сильного взаимодействия - соединять кварки и антикварки в адроны. Теория сильных взаимодействий находится в процессе создания. Она является типичной полевой теорией и названа квантовой хромодинамикой. Согласно этой теории, переносчиками сильного взаимодействия являются элементарные частицы - глюоны. Исходным положением этой теории служит постулат о существовании трех типов цветовых зарядов (красный, синий, зеленый), выражающих присущую веществу способность к объединению кварков в сильном взаимодействии. Каждый из кварков содержит некоторую комбинацию таких зарядов, но при этом полной их взаимокомпенсации не происходит, и кварк обладает результирующим цветом, то есть сохраняет способность к сильному взаимодействию с другими кварками. Но когда три кварка или кварк и антикварк объединяются в адрон, суммарная комбинация цветовых зарядов в нем такова, что адрон в целом обладает цветовой нейтральностью.

     До  открытия кварков и цветового  взаимодействия фундаментальным считали  ядерное взаимодействие, объединяющее протоны и нейтроны в ядрах  атомов. С открытием кваркового уровня вещества под сильным взаимодействием стали понимать цветовые взаимодействия между кварками, объединяющимися в адроны. Ядерные силы перестали считаться фундаментальными.

     Теоретическое описание сильных взаимодействий – одна из наиболее разработанных и вместе с тем бурно развивающихся областей теоретической физики элементарных частиц. Не смотря на то, что фундаментальная природа сильных взаимодействий понята (цветовое взаимодействие между кварками и глюонами), математические законы, выражающие её, очень сложны, и поэтому во многих случаях вычисления оказываются пока что невозможными. В результате возникает эклектическая картина: рядом с математическими строгими вычислениями соседствуют полуколичественные подходы, основанные на квантовомеханической интуиции, которые, однако, прекрасно описывают экспериментальные данные. 
 
 
 
 
 

     Заключение.

     Итак, многие основополагающие концепции  современного естествознания прямо  или косвенно связаны с описанием  фундаментальных взаимодействий. Согласно современным представлениям, различают  взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное, слабое. Все встречающиеся  в природе взаимодействия являются либо проявлением одного из указанных  вида взаимодействия либо их комбинацией, на которых базируется взаимосвязь  всех материальных объектов микро-, макро- и мегамира. От радиуса действия сил зависит масштаб явлений, в которых те или иные силы играют основную роль. И ни одно из них не является излишним. Все они в равной мере необходимы для «нормального функционирования» Вселенной.

     Если  бы не взаимодействия, то частицы материи  двигались бы независимо; «не подозревая»  о существовании других частиц. Благодаря  взаимодействиям частицы как  бы обретают способность распознавать другие частицы и реагировать  на них, в результате чего рождается  коллективное поведение. Однако, если принять во внимание все многообразие свойств окружающего нас Мира, то кажется совершенно удивительным, что в Природе есть только четыре фундаментальных взаимодействия, ответственных за все явления Природы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Список  используемой литературы

1. Бондарев, В.П. Концепции современного естествознания / В.П.Бондарев. - М.: Альфа. 2009. – 464с
2. Грушевицкая Т.Г, Садохин А.П. Концепции современного естествознания. Учебное пособие – М.: Высш.шк., 1998.-383с.
3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. – 6-е сзд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2003. – 488с.
4. Касьянов В.А. Физика. 10 кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. – М.: Дрофа, 2000. – 416с
5. http://nuclphys.sinp.msu.ru