Фундаментальные взаимодействия в природе

Огромное разнообразие природных систем и структур, их особенности и динамизм обусловливаются взаимодействием материальных объектов. Именно взаимодействие- основная причина движении материи, поэтому взаимодействие присуще всем материальным объектам вне зависимости от их природы происхождения и системной организации. Наблюдаемые в природе взаимодействия материальных объектов и систем весьма разнообразны. Но, как показали физические исследования, все взаимодействия можно отнести к 4 видам фундаментальных взаимодействий: гравитационному, электромагнитному, сильному и слабому.

Гравитационное проявляется во взаимном притяжении любых материальных объектов, имеющих массу. Оно передается посредством гравитационного поля и определяется фундаментальным законом природы – законом всемирного тяготения: между двумя материальными точками массой m₁ и m₂, расположенными на расстоянии r друг от друга, действует сила F, прямо пропорциональная квадрату расстояния между ними: F = G(m₁*m₂/r²), где G – гравитационная постоянная. В соответствии с квантовой теорией переносчиками гравитационного взаимодействия являются гравитоны - частицы с нулевой массой, кванты гравитационного поля. Электромагнитное обусловлено электрическими зарядами и передается посредством электрического и магнитного полей. Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, магнитное – при их движении. Благодаря э. вза-ию существуют атомы и молекулы, происходят химические превращения в-ва. Различные агрегатные состояния в-ва, трение, упругость и т.п. определяются силами межмолекулярного взаимодействия, электромагнитными по своей природе. Э. вза-ие описывается фундаментальными законами электростатики и электродинамики: законом Кулона, законом Ампера и другими, и в обобщенном виде – электромагнитной теорией Максвелла. Согласно квантовой электродинамике, переносчиками электромагнитного взаимодействия являются фотоны – кванты электромагнитного поля с нулевой массой. Сильное обеспечивает связь нуклонов в ядре. Оно определяется ядерными силами, обладающими зарядовой независимостью, короткодействием, насыщением и другими св-вами. Оно отвечает за стабильность атомных ядер. Чем сильнее взаимодействие нуклонов в ядре, тем стабильнее ядро, тем больше ег удельная энергия связи. Предполагается, что сильное взаимодействие передается глюонами – частицами, склеивающими кварки, входящие в состав протонов, нейтронов и других частиц. В слабом участвуют все элементарные частицы, кроме фотона. Оно обусловливает большинство распадов элементарных частиц, взаимодействие нейтрино с другим в-вом и другие процессы. Оно проявляется главным образом в процессах бета-распада атомных ядер многих изотопов, свободных нейтронов… Принято считать, что переносчиками слабого взаимодействия являются вионы – частицы с массой примерно в 10 раз большей массы протонов и нейтронов.

Гравитационное взаимодействие гораздо слабее других вз-ий. Радиус действия его не ограничен. Оно не играет существенной роли в микропроцессах и в то же время является доминирующим для материальных объектов с большими массами. Электромагнитное в-ие гораздо сильнее гравитационного, хотя радиус его действия также неограничен. Для сильного и слабого в-ий характерно короткодействие. Сильное проявляется только в пределах размеров ядра (10^{-15 м), а слабое – на гораздо меньшем расстоянии – 10-18 м. При больших} энергиях столкновения протонов слабое и электромагнитное в-ия не различаются – их можно рассматривать как единое электрослабое вз-ие.