Полная версия


Виды взаимодействий

Астрономия для любителей Квантовая физика и Вселенная Виды взаимодействий

Виды взаимодействий

Взаимодействие является универсальной характеристикой различных систем, структур и наук. Многие природные объекты, материальные и нематериальные явления невозможно объяснить без взаимодействия, иначе взаимного действия, воздействия, влияния, которое оказывают объекты друг на друга. Основной причиной движения материи также является взаимодействие. Как и движение, категория взаимодействия универсальна.

В науке принято выделять четыре не сводящихся друг к другу вида взаимодействий. Это гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. В физике причиной изменения движения тел является сила. Исследуя окружающий нас мир, мы можем заметить множество разнообразных сил: сила тяжести, сила сжатия пружины, сила, возникающая при столкновении тел, сила трения и другие. Однако, когда была выяснена атомарная структура вещества, стало понятно, что все разнообразие этих сил есть результат взаимодействия атомов друг с другом. Поскольку атомы взаимодействуют через электростатическое поле электронных оболочек, то, как оказалось, все эти силы — лишь различные проявления электромагнитного взаимодействия. Действительно, представим себе два сталкивающихся бильярдных шара. Всегда слышится звук удара, но что при этом происходит. Всего навсего взаимодействовали электронные оболочки атомов.

Единственное исключение из этого многообразия сил — сила тяжести, причиной которой является гравитационное взаимодействие между двумя массивными телами. Чтобы понять, что представляют собой два оставшихся взаимодействия, нужно чуть лучше познакомиться с миром элементарных частиц.

Заглянем внутрь атомного ядра. Ядро состоит из двух видом элементарных частиц – протонов и нейтронов. Протоны – положительно заряженные элементарные частицы, довольно тяжелые (почти в 2000 раз тяжелее электрона). Нейтроны не имеют электрического заряда, еще чуть более тяжелые, чем протоны. Знание точных показателей массы и зарядов протонов и нейтронов дает возможность понять, что ядра атомов не смогли бы существовать только при наличии гравитационного и электрического взаимодействия. Сто лет назад именно такое положение вещей навело ученых на мысль о существовании еще одного типа взаимодействия – сильного.

Как оказалось позднее, и сильного взаимодействия недостаточно для описания всех процессов, происходящих в микромире. Необходимо было существование еще одного слабого взаимодействия. Для того чтобы понять, что представляют собой все эти виды взаимодействий проведем их сравнительную характеристику.

Гравитационное взаимодействие

Виды взаимодействий

В гравитационном взаимодействии участвуют все тела, обладающие массой, вне зависимости от их природы. Гравитационные силы являются лишь силами притяжения, так как все тела обладают положительной массой (за исключением темной энергии). Это взаимодействие определяется фундаментальным законом всемирного тяготения. Гравитационные силы убывают пропорционально квадрату расстояния между взаимодействующими телами. Закон всемирного тяготения Ньютона описывается формулой:

Виды взаимодействий

, где G — гравитационная постоянная.

Гравитационное взаимодействие определяет падание тел под действием силы тяготения Земли, а также движение планет в Солнечной системе, движение галактик во Вселенной и т.д.

То есть гравитация играет решающую роль лишь в Мегамире, в космических пространствах. На Земле же гравитационное взаимодействие самое слабое, поэтому в теории элементарных частиц оно вовсе не учитывается (10-13 см).

Электромагнитное взаимодействие

Электромагнитное взаимодействие очень похоже на гравитационное. Отличие лишь в том, что у нас есть как положительные, так и отрицательные заряды, отсюда и возникновение как электрических, так и магнитных полей. Электромагнитное взаимодействие более сильное, чем гравитационное из-за большей константы связи (заряды в один кулон притягиваются сильнее, чем массы в один килограмм).

Данное взаимодействие позволяет электронам и атомным ядрам объединяться в атомы, атомам – в молекулы, а значит такое взаимодействие является основным в химических и биологических процессах. Без электромагнитного взаимодействия не было бы ни молекул, ни тепла, ни света, ни других макрообъектов. Законы Кулона, Ампера и электромагнитная теория Максвелла объясняет и описывает электромагнитное взаимодействие. Оно является основой создания самых разных радиоприемников, компьютеров, телевизоров и других электроприборов.

Электромагнитное взаимодействие в тысячу раз слабее сильно, но зато более дальнодействующее.

Сильное взаимодействие

Иначе этот вид взаимодействия называют ядерным, судя по названию оно самое сильное из всех представленных. Такое взаимодействия происходит на уровне атомных ядер. Ядерные си­лы – это один из видов проявления сильного взаимодействия. Это взаимодействие было открыто в 1911 году Э. Резерфордом практически одновременно с открытием ядра атома. Сильное взаимодействие передается с помощью глюонов, а протон и нейтрон теряют свои заряды и рассматриваются в сильном взаимодействии как нуклоны.

Ядра атомов являются очень устойчивыми системами, которые тяжело разрушить именно благодаря сильному взаимодействию частиц внутри атома. Без такого взаимодействия не смогли бы существовать атомные ядра, Солнце не смогло бы генерировать теплоту и свет без ядерных реакций, которые тоже возможно только благодаря сильному взаимодействию.

Слабое взаимодействие

Такой вид взаимодействия является короткодействующим, проявляется на очень малых расстояниях (10-15– 10-22 см.). При слабом взаимодействии процессы между частицами протекают медленнее, благодаря нему большинство известных нам частиц нестабильно. Слабое взаимодействие связано с распадом частиц, в частности, с превращениями протона в нейтрон, позитрон и нейтрино, которые происходит в ядре. Переносчиками слабого взаимодействия являются вионы. Слабое взаимодействие – особый вид не контактного взаимодействия, связь осуществляется с помощью обмена промежуточны­ми тяжелыми частицами — бозонами.

Из-за наличия данного вида взаимодействия возможно совершение ядерных реакций внутри Солнца, а значит, Солнце светит и дарит нам тепло именно благодаря слабому взаимодействию. Возникновение новых звезд также возможно из-за слабого взаимодействия.

Виды взаимодействий

Сила слабого и сильного взаимодействия очень быстро убывает с расстоянием. Так, например, в достаточно большом атомном ядре (например, уран) сила притяжения нуклонов находящихся на диаметрально противоположных концах ядра очень мала. Именно поэтому ядро урана нестабильно и подвержено самопроизвольному распаду. На достаточно малых расстояниях сила сильного взаимодействия превосходит силу электромагнитного. Это делает стабильными такие атомные ядра как литий натрий и т.п.

Аналогично электромагнитному заряду существует слабый заряд и сильный заряд. Поскольку на макроскопических расстояниях (сравнимых с размерами самих атомов и больше) это силы не действуют, то такие заряды приписываются только элементарным частицам. Элементарные частицы, обладающие сильным зарядом, называются барионами, к ним относятся, например, нуклоны - протон и нейтрон. Соответственно все они участвуют в сильном взаимодействии. Электрон и ряд других частиц не обладают таким зарядом и не участвуют в сильном взаимодействии. В слабом взаимодействии участвуют все частицы.

Существуют такие частицы, которые участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействии – это нейтрино. Из-за такой особенности их очень тяжело обнаружить в эксперименте.

Таким образом, описанными выше четырьмя видами взаимодействиями определяется то, как взаимодействуют все известные объекты: от элементарных частиц до звезд и галактик. Например, сильное и слабое взаимодействия полностью определяют время жизни всех элементарных частиц, а гравитация – движение звезд и планет. Однако, пока еще не все процессы во Вселенной удается объяснить, и потому продолжаются поиски новых типов взаимодействий.

Автор статьи: Михаил Карневский
Обновлено Татьяна Сидорова 29.03.2018
Перепечатка без активной ссылки запрещена!

Элементарные частицы <-- * * --> Теория относительности

Олег 26.10.2017 14:47
Существует единственная и очень древняя проблема: нет ни единой действительно полной общей теории, описывающей логично и полно от микро- до макро-масштабов фундаментальные процессы, происходящие во Вселенной. В античные времена сочиняли сказки о том что Земля плоская, стоит на 3-х слонах, которые стоят на черепахе, которая плавает в Мировом океане. Все в принципе логично, но вот только пояснить в чем находится океан и имеет-ли он границы теория не могла. Было множество других сказочных теорий о том что Земля- центр Вселенной и вокруг нее крутятся небесные сферы с солнцем, луной, звездами и т.п. Но снова куча загвоздок: почему все планеты, Солнце, звезды находятся на сферах? Что вообще такое сферы? Почему светила так странно движутся по сферам, что за 1500 лет ни одному математику не удалось точно описать эти движения. Снова куча "почему?". Потом был Ньютон, который просто описал закон Всемирного тяготения, не поясняя причин возникновения этого тяготения. В принципе и Кулон только описал электростатическое взаимодействие, никак не поясняя саму причину взаимодействия. Энштейн тоже никуда не продвинулся в части пояснения причин возникновения гравитации. Он вроде как пояснил, что гравитационное притяжение- результат искривления пространства-времени массивными объектами. Но на самом деле как и все предыдущие теоретики просто пояснил одно, введя новые необъяснимые явления. Так нет пояснения по какой причине пространство-время искривляется? Если рассматривать упрощенный вариант 2-х мерного пространства (тонкой резиновой поверхности) искривляемого шариком, то понятно что шарик искривляет поверхность под действием все той-же силы тяжести. При отсутствии силы тяжести поверхность искривляться не будет. Тогда перенеся аналогию в 3-х мерный мир получаем что есть недоступное 4-е измерение, в котором находится огромное массивное тело, притягивающее все объекты нашей 3-х мерной Вселенной к себе. А то тело тогда откуда и чего такое вообще? Ну и не объяснил Энштейн причину движения всех тел именно по геодезическим линиям. В общем это теория из серии пояснения почему Солнце светит: Солнце светит потому что очень горячее. А почему оно горячее- неизвестно. Потом другие пусть придумают.
И что самое интересное- Кулон описал конкретно силу взаимодействия электрических зарядов. Ньютон описал силу взаимодействия массивных тел. А вот где формулы сильного и слабого взаимодействий? Если есть сильный и слабый заряды, то где их единицы измерения? Формулы электростатического и гравитационного взаимодействий отличаются только константами, которые по сути- коэффициенты пропорциональности для произвольно выбранных эталонов массы и электрического заряда. А масса и электрический заряд это просто 2 разновидности/вида/состояния одной из сущностей (составляющих) Вселенной- энергии. Почему сильное взаимодействие "ослабевает" при сближении нуклонов и очень быстро нарастает при попытке их разъединить? Да элементарно! Потому-же, что и кирпич положенный на землю не проваливается до ее центра, а лежит на поверхности. Для очевидности пояснения возьмем не поверхность Земли, а ту-же натянутую резиновую пленку, на которую и положим кирпич. Кирпич растянул пленку и сила гравитационного притяжения сравнялась с силой натяжения пленки. Кажется что обоих сил нет, т.к. их сумма стала равна нулю. А теперь попробуем поднять кирпич. Чем выше кирпич подымается, тем большую силу приходится прикладывать чтобы его подымать выше. Точно тоже самое наблюдается и при попытке растянуть нуклоны в атомном ядре. Нуклоны-то имеют конкретный размер и просто под действием сильного взаимодействия прижимаются друг к другу поверхностями, которые деформируются, создавая "пружинную" силу противодействия. Пытаясь растянуть нуклоны мы уменьшаем силу пружинящих поверхностей. Создается впечатление что сила сильного взаимодействия на малых расстояниях начинает расти. А на самом деле она так-же как и электростатическая с гравитационной силами- уменьшается пропорционально квадрату расстояния между центрами нуклонов. При растягивании нуклонов растет только суммарный вектор сил упругости поверхностей нуклонов и силы сильного взаимодействия.
В общем ни одна современная теория не поясняет причин взаимодействий. Более того, все теории это невероятно искаженные абстрактные, упрощенные модели реальной Вселенной. А точнее искусственно выделенной некоторой ее части, рассматриваемой как самостоятельная изолированная система. Математические выводы этих теорий это вообще полный бред. Ибо математика это инструмент для численного решения задач, а не инструмент для познания реальности и построения модели реального мира. Простейшая задача записанная в виде уравнения при абсолютно правильных математических преобразованиях превращает уравнение в фантастическую картину нереальности с фантастическими выводами. С математикой и физикой я дружил и в школе и в ВУЗе. Однако потом задумался над тем, что использовать математику, как ее используют современные теоретики- полное кощунство приводящее к разработке новых сказок о строении Вселенной. 
Я разработал гипотезу строения Вселенной, в которой не сложно и логично поясняются и причины взаимодействий и даже почему скорость света именно 299 792 458 м/с, а не больше или меньше. Почему галактики разбегаются и еще множество ответов на "неразрешимые" вопросы, на которые физики только бормочут что-то несуразное и фантастически сложное. Вселенная в своей основе не может быть бесконечно сложной. Она бесконечно сложна только в своем полном объеме.
Александр Макеев 29.07.2017 14:28 Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3
Все эти фундаментальные взаимодействия являются проявлениями процесса бытия материи вакуума и вещества.
Нейтрон, протон, ядро атома, электрон являются фокусами истока и притока потоков элементарных отдельностей электростатического поля и магнитного поля.
Подробности смотреть в интернете в статьях: 
1. А.К. Макеев. Самовоспроизводство материи // Materials of the international scientific-practical conference: "Prospects for the Development of Modern Science" – Jerusalem, Israel: Regional Academy of Management, 2016. – 535 p. P. 213-220. UDC 001.18 BBC 72 P 93 ISBN 978-601-267-398-2
2. А.К. Макеев. Всеобщая теория относительности // Труды Конгресса-2016. Фундаментальные проблемы естествознания и техники. Серия: Проблемы исследования Вселенной. – Санкт-Петербург, 2016, Т. 37, № 4. С. 177-268. ISSN 2304-0300. 
Александр Макеев 29.07.2017 14:28 Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3
Все эти фундаментальные взаимодействия являются проявлениями процесса бытия материи вакуума и вещества.
Нейтрон, протон, ядро атома, электрон являются фокусами истока и притока потоков элементарных отдельностей электростатического поля и магнитного поля.
Подробности смотреть в интернете в статьях: 
1. А.К. Макеев. Самовоспроизводство материи // Materials of the international scientific-practical conference: "Prospects for the Development of Modern Science" – Jerusalem, Israel: Regional Academy of Management, 2016. – 535 p. P. 213-220. UDC 001.18 BBC 72 P 93 ISBN 978-601-267-398-2
2. А.К. Макеев. Всеобщая теория относительности // Труды Конгресса-2016. Фундаментальные проблемы естествознания и техники. Серия: Проблемы исследования Вселенной. – Санкт-Петербург, 2016, Т. 37, № 4. С. 177-268. ISSN 2304-0300. 
Виктор Оськин 27.05.2017 09:03 Рейтинг: 2Рейтинг: 2Рейтинг: 2Рейтинг: 2Рейтинг: 2
Все взаимодействия являются электромагнитными, кроме механического воздействия внешних сил. Гравитация исходит от каждого атома, а так как атомы у разных элементов разные, то и сила притяжения внешних сил у них разная. Чем больше атомов, тем сильней притяжение. Поэтому говорить о сильном или слабом взаимодействии
абсурдно. Это в квантовой физике введено для того, чтобы оправдать существование протонов, нейтронов и прочих ЭЧ внутри атомов, хотя внутри атомов нет никаких протонов. Все атомы состоят из ЭМВ.
См. Аналогия с Коперником http://nookosmizm.bbmy.ru/viewtopic.php?id=103#p109
В. Кишкинцев 04.07.2016 19:20
 Лишить признания магнитного взаимодействие быть фундаментальным для природы могли лишь физики не игравшие в детстве с постоянными магнитами. И, именно такие придумали теорию Стандартной модели.
  Я в детстве достаточно наигрался с постоянными магнитами, поэтому считаю, что магнитные силы имеют два вида переносчиков. Их я обозначил, как 2.0.1 и 2.0.2, и более того считаю, что на них приходится возложить обязанность самых элементарных масс, т.е. структур располагающих гравитационными зарядами. Именно они взаимодействуют с гравитонами. Из этих масс - магнитных структур формируются электростатические структуры, обладающие  масс- магнитными зарядами. Электростатические структуры, их два вида 3.0.1 и 3.02. На обменной основе с помощью зарядов электронов и протонов формируют они из атомов молекулы и межмолекулярные связи, т.е. вещество.
 Вот Вам по грубому и вся физика.  Подробнее все эти проблемы изложены в моих подробных статьях, основанных на Теории "Таблицы заведомо элементарных структур". Эта теория первый претендент на теорию Всего.  Так что авторы и сторонники Стандартной модели, пусть хоть в наши дни поиграют с постоянными магнитами.
    В. Кишкинцев
В. Кишкинцев 04.07.2016 19:20
 Лишить признания магнитного взаимодействие быть фундаментальным для природы могли лишь физики не игравшие в детстве с постоянными магнитами. И, именно такие придумали теорию Стандартной модели.
  Я в детстве достаточно наигрался с постоянными магнитами, поэтому считаю, что магнитные силы имеют два вида переносчиков. Их я обозначил, как 2.0.1 и 2.0.2, и более того считаю, что на них приходится возложить обязанность самых элементарных масс, т.е. структур располагающих гравитационными зарядами. Именно они взаимодействуют с гравитонами. Из этих масс - магнитных структур формируются электростатические структуры, обладающие  масс- магнитными зарядами. Электростатические структуры, их два вида 3.0.1 и 3.02. На обменной основе с помощью зарядов электронов и протонов формируют они из атомов молекулы и межмолекулярные связи, т.е. вещество.
 Вот Вам по грубому и вся физика.  Подробнее все эти проблемы изложены в моих подробных статьях, основанных на Теории "Таблицы заведомо элементарных структур". Эта теория первый претендент на теорию Всего.  Так что авторы и сторонники Стандартной модели, пусть хоть в наши дни поиграют с постоянными магнитами.
    В. Кишкинцев
Евгений 06.01.2016 13:43 Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5
Отличная статья. Написано самым простым языком )
Анатолий 08.05.2015 11:10 Рейтинг: 4Рейтинг: 4Рейтинг: 4Рейтинг: 4Рейтинг: 4
Жаль, что автор не привёл пример из жизни слабого и сильного взаимодействия. Наверняка в качестве примеров можно привести радиацию и теплопроводность, но что из них слабое и сильное взаимодействие?
Александр 02.04.2009 15:35 Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5
Спасибо! Интересная статья! Скажите, пожалуйста, а, что говорит наука о гравитационном взаимодействии? Меня интересует вопрос - почему 2 массы притягиваются друг к другу? Я слышал, что одно время думали даже, что существуют такие частицы (гравитоны), которые определяют взаимное притяжение масс. Однако, не удалось обнаружить эти частицы. Почему же массы притягиваются? Например, каждый человек на Земле притягивается к квазарам, находящимся на краю видимой части Вселенной. Это, конечно, шутка, но в ней содержится правда. Наше притяжение к квазарам определяется законом Всемирного тяготения! Сила этого притяжения невообразимо мала. Тем не менее, она не равна нулю!
Зарайская Елене 30.03.2009 13:45 Рейтинг: 4Рейтинг: 4Рейтинг: 4Рейтинг: 4Рейтинг: 4
Коротко и ясно:so:Если знать о чем речь.