Взаимодействие, близкодействие, дальнодействие

После открытия закона всемирного тяготения Ньютоном, а затем закона Кулона, описывающего взаимодействие электрических заряженных тел, возник вопрос: почему физические тела, обладающие массой, действуют друг на друга на больших расстояниях через пустое пространство и почему заряженные тела взаимодействуют между собой даже через электрически нейтральную среду?

До введения понятия “поле” на этот вопрос не было удовлетворительного ответа. Долгое время считалось, что взаимодействие между телами может непосредственно осуществляться через пустое пространство, которое не принимает участия в передаче взаимодействий, а передача взаимодействия от тела к телу передается мгновенно, т. е. с бесконечной скоростью.

Такое предположение составляет сущность концепции дальнодействия, которую обосновал Р. Декарт. И большинство ученых придерживалось этой концепции вплоть до конца ХIX в.

Принцип дальнодействия утвердился в физике еще и потому, что гравитационное взаимодействие макроскопических тел, в соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона, малозаметно, поскольку притяжение слишком слабо, чтобы его ощутить.

Поэтому экспериментально это было трудно подтвердить или опровергнуть. Только известные опыты Г. Кавендиша были первыми лабораторными наблюдениями гравитационного притяжения.

Напротив, законы взаимодействия электрически заряженных тел допускали возможность их относительно простой проверки. Было установлено, что взаимодействие электрических зарядов происходит не мгновенно.

Каждая электрически заряженная частица создает электрическое поле, действующее на другие частицы не в тот же момент, а спустя некоторое время.

Иными словами, взаимодействие передается через посредника — электромагнитное поле. А скорость распространения электромагнитного поля равна скорости света. Это составляет суть концепции близкодействия.

Согласно концепции близкодействия все взаимодействия между телами (помимо прямого контакта между ними) осуществляются с помощью тех или иных полей. Например, взаимодействие в теории тяготения осуществляется с помощью гравитационного поля, электромагнитные взаимодействия — с помощью электромагнитных полей.

Вплоть до ХХ в. были известны лишь два типа взаимодействий: гравитационные и электромагнитные.

В настоящее время стали известны еще так называемые слабое и сильное взаимодействие. Эти четыре взаимодействия в современной физике являются фундаментальными.

Пространственное влияние четырех взаимодействий различно. Так, гравитационные и электромагнитные взаимодействия описываются законами “обратных квадратов расстояний” и проявляются во всем пространстве, формально — до бесконечности.

Сильные взаимодействия проявляются только в пределах размера ядра порядка 10⁻¹³ см, а слабые взаимодействия — на расстояниях, в несколько порядков меньших размеров ядер.

Относительная сила взаимодействий следующая. Если сильное взаимодействие взять за единицу, то электромагнитное взаимодействие будет в 10² раз меньше, слабое взаимодействие — в 10¹⁰, а гравитационное взаимодействие — в 10³⁸ раз меньше сильного взаимодействия.

И хотя сила взаимодействий существенно различна, ни одним из них пренебрегать нельзя. Каждое взаимодействие может оказывать решающее влияние на процессы в том или ином конкретном случае.

Даже такое взаимодействие, как гравитационное, несмотря на свою кажущуюся малость (в 10³⁸ раз меньше сильного взаимодействия) играет, например, доминирующую роль в процессах космического порядка, где присутствуют объекты с огромной массой и большие пространственные масштабы явлений.

Теорию электрослабых и сильных взаимодействий называют стандартной моделью макромира.

После того как была создана единая теория электрослабых взаимодействий, появилась реальная перспектива построения ядерной теории трех форм (за исключением гравитационного) взаимодействий элементарных частиц (программа Великого объединения).

А в самое последнее время появились новые идеи, которые открывают, может быть, далекие, но все же реальные перспективы объединения всех известных четырех взаимодействий, включая и гравитационное. Решение этой задачи ознаменовало бы грандиозную научную революцию, которую даже трудно измерить масштабами всех предшествующих научных революций.

Иными словами, мы сейчас имеем очень продуктивную исследовательскую программу, которая ориентированно ведет к единству всех фундаментальных теорий.

Если такая программа будет реализована, это будет означать, что природа в конечном счете подчинена действию некой суперсилы, которая проявляется в некоторых частных взаимодействиях. Эта суперсила достаточно мощна, чтобы создать нашу Вселенную, наделить ее энергией в соответствующих формах и материей с определенной структурой.

Но суперсила — нечто большее, чем просто сила. В ней материя, пространство-время и взаимодействие слиты в нераздельное гармоническое целое, порождающее такое единство Вселенной, которого раньше никто не предполагал. Современная наука в поиске такого единства.

С концепциями взаимодействия в физике тесно связана концепция физического вакуума. По современным представлениям вакуум — это не “абсолютная пустота”, а реальная физическая система, например, электромагнитное поле в одном из своих состояний.

Более того, согласно квантовой теории поля, из состояния вакуума можно получить все другие состояния поля. Вакуум можно определить как поле с минимальной энергией.

В вакууме постоянно протекают сложнейшие физические превращения, например, особого рода вакуумные колебания электромагнитного поля, не выходящие из него и не распространяющиеся, но отчетливо проявляющиеся в физическом эксперименте.

Узнай цену консультации

"Да забей ты на эти дипломы и экзамены!” (дворник Кузьмич)