Фундаментальные взаимодействия в природе

Различают четыре вида фундаментальных взаимодействий в природе: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное. Каждое взаимодействие (К) характеризуется так называемой константой взаимодействия, которая определяет его сравнительную интенсивность временем протекания (t) и радиусом действия (r). Дадим краткую характеристику этих взаимодействий.

Сильное взаимодействие происходит на уровне атомных ядер и представляет собой взаимное притяжение и отталкивание их составных частей (нуклонов). Отличительными свойствами сильного взаимодействия являются: короткодействие; зарядовая независимость, проявляющаяся во взаимодействии как заряженных, так и нейтральных частиц; насыщение, которое проявляется в том, что каждый нуклон в ядре взаимодействует лишь с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов. Сильное взаимодействие отвечает за устойчивость ядер.

Электромагнитное взаимодействие в 100–1000 раз слабее сильного взаимодействия (К = 10^-2, радиус взаимодействия неограничен, τ ≈ 10^-20 с). 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 (притяжение либо отталкивание). В процессе электромагнитного взаимодействия электроны и атомные ядра соединяются в атомы, атомы – в молекулы.

Слабым взаимодействием объясняются все виды b-распада, многие распады элементарных частиц. За счет слабого взаимодействия светит Солнце. Испускаемое нейтрино обладает огромной проницающей способностью – оно проходит через железную плиту толщиной миллиард км. Константа слабого взаимодействия имеет порядок 10^-13, t» 10^-10 с. Это взаимодействие, как и сильное, является короткодействующим: r» 10^{-18 м. При слабых взаимодействиях меняется заряд частиц.}

Слабое взаимодействие осуществляется путем обмена тяжелыми промежуточными частицами – бозонами, аналогичными фотону.

Гравитационное взаимодействие, хотя и является универсальным, самое слабое, не учитываемое в теории элементарных частиц, так как его К = 10^-38, r = ¥, t – не ограничено. Гравитационное взаимодействие характерно для всех материальных объектов вне зависимости от их природы. Оно заключается во взаимном притяжении тел и определяется фундаментальным законом всемирного тяготения. Гравитационным взаимодействием определяется падение тел в поле сил тяготения Земли. Законом всемирного тяготения описывается движение планет Солнечной системы, а также других макрообъектов.

Связь, взаимодействие и движение представляют собой важные атрибуты материи, без которых невозможно ее существование. Взаимодействие обусловливает объединение различных материальных элементов в системы, системную организацию материи. Все свойства тел производны от их взаимодействий, являются результатом их структурных связей и внешних взаимодействий между собой.