Гравитационное взаимодействие
Слабое взаимодействие
Электромагнитное взаимодействие
Сильное взаимодействие
Фундаментальные взаимодействия природы
Различные процессы с элементарными частицами отличаются по интенсивности их протекания – порождающие их взаимодействия называют фундаментальными – в порядке убывания это сильное (ядерное), электромагнитное, слабое, гравитационное.
Все многообразие взаимодействий тел друг с другом в природе по современных данным осуществляется соответственно лишь четырьмя типами сил.
Вплоть до XX в. были известны лишь два типа взаимодействий: гравитационное и электромагнитное. Но уже в первой половине XX в., с появлением квантовой механики стали известны еще два типа взаимодействий – слабое и сильное взаимодействия.
Сильное (ядерное) взаимодействие происходит в атомных ядрах и представляет собой взаимное притяжение их составных частей нуклонов (протонов и нейтронов), проявляется на очень малом расстоянии (размер ядра) порядка 10-15 м, является короткодействующим и обеспечивает высокую устойчивость атомного ядра, прочную связь между нуклонами.
По современным представлениям, сильное взаимодействие связано с существованием квантов внутринуклонного поля – названных глюонами.
Примерно в тысячу раз слабее ядерного, является дальнодействующим, ответственно за процессы излучения фотонов, за связь атомных электронов с ядрами и связь атомов в молекулах - определяет структуру атомов и молекул.
Проявляется на всех уровнях материи – в мегамире, макромире и микромире, распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Носителем его является фотон – как квант электромагнитного поля.
Теоретическое открытие Максвеллом электромагнитных волн и их экспериментальное обнаружение Герцем породили мировоззренческий кризис, который привел к эйнштейновской научной революции на пороге XX в.
Оно слабо влияет на поведение элементарных частиц или вызывает очень медленное изменение их состояния. По величине меньше всех взаимодействий, кроме гравитационного, влияет на субатомные (квазистабильные) частицы и протекает чрезвычайно медленно.
Благодаря слабому взаимодействию нейтроны в атомном ядре могут распадаться на протон, электрон и нейтрино; является короткодействующим и проявляется на расстоянии порядка 10-17 – 10-24 м. Слабое взаимодействие играет в природе очень важную роль. Оно является составной частью термоядерных реакций на Солнце, звездах и других процессов.
Означает притяжение всех объектов, имеющих массу, по закону всемирного тяготения. Оно проявляется на макро- и мега- уровнях, является дальнодействующим, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между телами и практически не проявляется в мире элементарных частиц.
Исторически первой исследовалась гравитация, ньютоновская теория гравитации (закон всемирного тяготения), созданная в XVII в.
Гравитация всегда представляет собой силу притяжения; гравитационное отталкивание еще никогда не наблюдалось.
Предположено, что гравитационному взаимодействию соответствует поле с квантом гравитации – гравитоном (нейтральная частица с нулевой массой и спином). Квантовая гравитация приводит к появлению представления о дискретности пространства-времени, понятиям элементарной длины, кванта пространства r » 10 –35 м, и элементарного временного интервала, кванта времени t » 10 –43 с.
Квантовые эффекты проявляют себя в очень сильных гравитационных полях, где происходят квантовые процессы рождения частиц (точка сингулярности, начальные моменты возникновения Вселенной, гравитационный коллапс, черные дыры).