В настоящее время в физике известны четыре типа взаимодействий: гравитационные, слабые, электромагнитные и сильные. Физике XVII—XVIII вв. были известны только гравитационные взаимодействия. Было найдено, что гравитационные силы прямо пропорциональны произведению масс и обратно пропорциональны квадрату расстояния между массами. Мы постоянно ощущаем гравитацию в нашей жизни. Гравитация1 или тяготение, не очень существенна при взаимодействии между малыми частицами, но она удерживает планеты, всю Солнечную систему и галактики. По закону всемирного тяготения (открытого Ньютоном), описывающему это взаимодействие в хорошем приближении, две точечные массы притягивают друг друга с силой, направленной вдоль соединяющей их прямой:
Fгр= — Gm1*m2/r2
Знак минус указывает, что мы имеем дело с притяжением, r — расстояние между телами (считается, что размер тел много меньше г), m1 и m2 — массы тел. Величина G — универсальная постоянная, определяющая величину гравитационных сил. Если тела массами в 1 кг находятся на расстоянии 1 м друг от друга, то сила притяжения между ними равна 6,67-1011 Н. Если бы величина G была больше, то увеличилась бы и сила. Утверждение об универсальности постоянной G означает, что в любом месте Вселенной и в любой момент времени сила притяжения между массами в 1 кг, разделенными расстоянием в 1 м, будет иметь то же значение. Поэтому можно говорить об универсальности постоянной G и о том, что она определяет структуру гравитирующих систем.Обратимся теперь к электромагнитному взаимодействию. И электрические, и магнитные силы обусловлены электрическими зарядами. Силы взаимодействия между зарядами сложным образом зависят от положения и движения зарядов. Если два заряда e1 и е2, неподвижны и сосредоточены в точках на расстоянии г, то взаимодействие между ними чисто электрическое и определяется простой зависимостью (закон Кулона):
Fэл = (е1*е2)/(4pe *U2)
Здесь сила электрического взаимодействия, направленная вдоль прямой, соединяющей заряды, будет силой притяжения или отталкивания в зависимости от знаков зарядов е1 и е2 Через e обозначена универсальная постоянная, определяющая интенсивность электростатического взаимодействия, ее значение 8,85 • 1012 Ф/м. Электрический заряд всегда связан с элементарными частицами. Численная величина заряда наиболее известных среди них — протона и электрона — одинакова: это универсальная постоянная, равная 1,6 *10 -19 Кл. Заряд протона считается положительным (обозначается е), электрона — отрицательным.Магнитные силы полностью порождаются электрическими токами — движением электрических зарядов. Существуют попытки объединения теорий с учетом симметрий, в которых предсказывается существование магнитных зарядов, но они пока не обнаружены. Поэтому величина е определяет и интенсивность магнитного взаимодействия.Если электрические заряды движутся с ускорением, то они отдают энергию в виде света, радиоволн или рентгеновских лучей. Видимый свет является электромагнитным излучением определенного диапазона частот. Почти все носители информации, воспринимаемые нашими органами чувств, имеют электромагнитную природу, хотя и проявляются подчас в сложных формах. Электромагнитные взаимодействия определяют структуру и поведение атомов, удерживают атомы от распада, отвечают за связи между молекулами, т.е. за химические и биологические явления. Гравитация и электромагнетизм — дальнодействующие силы, распространяющиеся на всю Вселенную.Сильные и слабые ядерные взаимодействия — короткодействующие и проявляются только в пределах размеров атомного ядра.Слабое взаимодействие ответственно за многие ядерные процессы, например, такие, как превращение нейтронов в протоны, и сильнее других сказывается на превращениях частиц. Поэтому эффективность слабого взаимодействия можно охарактеризовать универсальной постоянной связи g(W), определяющей скорость протекании процессов типа распада нейтрона. Через ядерное слабое взаимодействие одни субатомные частицы могут превращаться в другие.Сильное ядерное взаимодействие имеет более сложную природу. Именно оно препятствует распаду атомных ядер, и не будь его, ядра распались бы из-за сил электрического отталкивания протонов. С этим типом взаимодействия связаны энергия, выделяемая Солнцем и звездами, превращения в ядерных реакторах и освобождение энергии. В ряде простейших случаев для его характеристики можно ввести величину g(S), аналогичную электрическому заряду, но много большую. Здесь есть некоторые особенности — сильное взаимодействие не удовлетворяет закону обратной пропорциональности, как гравитационное или электромагнитное: оно очень резко спадает за пределами эффективной области радиусом около 10-15м. Кроме того, внутри протонов и нейтронов также существует сильное взаимодействие между теми элементарными частицами, из которых они состоят, следовательно, взаимодействие протонов и нейтронов есть отражение их внутренних взаимодействий. Но пока картина этих глубинных явлений скрыта от нас.В современной науке появляются поиски единой теории, объединяющей все четыре типа взаимодействий. В 70 году ХХ века была создана теория, объединяющая электромагнитное и слабое взаимодействие. Так же существует проект теории, объединяющей электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия. Проблема состоит в том, чтобы включить в теорию ещё и гравитационное взаимодействие, так как типы взаимодействий имеют, видимо, разную природу. К настоящему времени неясно, исчерпываются ли ими все взаимодействия в природе. Самым сильным является короткодействующее сильное взаимодействие, электромагнитное слабее его на два порядка, слабое — на 14 порядков, а гравитационнное — самое слабое, оно меньше сильного на 39 порядков. В соответствии с величиной сил взаимодействия они происходят за разное время. Сильные ядерные взаимодействия происходят при столкновении частиц с околосветовыми скоростями, и время реакций, определяемое делением радиуса действия сил на скорость света, дает величину порядка 10-23 с. В случае слабого взаимодействия процессы происходят медленней — за 10-9 с. Характерные времена для гравитационного взаимодействия порядка 1016 с, или 300 млн лет.Вывод: физические взаимодействия несомненно играют важную роль в природе и повседневной жизни человека. Среди электромагнитных взаимодействий для примера можно выделить химическую реакцию, в медицине — рентгеновское обследование.
Список используемой литературы:
«Мир вокруг нас» беседы о мире и его законах.- М.:Изд. Политической лит-ры 1976 г.
«Основы философии» учебное пособие.- М.: изд- во политической лит- ры 1988 г.
«Концепции современного естествознания»: учебник для вузов/ под ред. проф. В.Н. Лавриненко, проф. Ратникова.- 3-е издание, переработ. и доп. – Москва: ЮНИТИ-ДАНА 2003.-317 стр.
«Основные концепции естествознания».: учебное пособие для вузов. Карпенков С.Х.- Москва: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1998.-208 стр.
«Концепции современного естествознания»: справочник/ С.Х. Карпенков.- Москва: Высшая школа, 2004.- 632 стр.
