ВЗАЄМОДІЇ ТА РУХУ СТРУКТУР СВІТУ

Чотири види взаємодій і їх характеристика

Тому, хто зуміє осягнути Всесвіт з єдиної точки зору, світобудову здається неповторним явищем і великим одкровенням.

Даламбер

Всі зазначені вище структурні об'єкти світу об'єднуються в системи внаслідок взаємодії між собою. Йод взаємодія в більш вузькому сенсі розуміють такі процеси, в ході яких межд взаємодіючими структурами і системами відбувається обмін квантами певних полів, енергією, а іноді і інформацією.

У природі існують якісно різні системи зв'язаних об'єктів. Ядра - пов'язані системи протонів і нейтронів; атоми - пов'язані ядра і електрони; макротела - сукупність атомів і молекул; сонячна система - «зв'язка» планет і масивної зірки; галактика - «зв'язка» зірок. Наявність пов'язаних систем об'єктів говорить про те, чт має існувати щось таке, що скріплює частини системи в ціле Щоб «зруйнувати» систему частково або повністю, потрібно витратить енергію. Взаємний вплив частин системи або структурних одиниць відбувається за допомогою полів (гравітаційного, електричного, магнітног і ін.) І характеризується енергією взаємодії. У сьогодення прийнято вважати, що будь-які взаємодії яких завгодно об'єктів можу бути зведені до обмеженого класу чотирьох основних фундаментальні взаємодій ',сильному, електромагнітному, слабкому і гравітаційному (табл. 6.1). Інтенсивність взаємодії прийнято характерізоват за допомогою так званої константи взаємодії, яка представляє собою безрозмірний параметр, що визначає ймовірність процесів обумовлених даним видом взаємодії. (В табл. 6.2 представлений позначення і числові значення фундаментальних постійних.)

Таблиця 6.1

Характеристика видів взаємодії

вид

взаємодії

Сила взаємодії (відносні одиниці)

польовий

квант

область прояви

сильні

-15

півонії

атомні ядра

<1

глюони

фундаментальні частинки

вид

взаємодії

Сила взаємодії (відносні одиниці)

польовий

квант

область прояви

електромагнітні

-10- 3

фотони

Атоми, електротехніка

слабкі

-КП

2 ° -, У (±) ~ бозони

Радіоактивний розпад, процес розпаду

гравітаційні

-10-39

Гравітон

Масивні тіла і фотон

Таблиця 6.2

Фундаментальні світові постійні

Константа

позначення

Числове значення

1

Швидкість світла у вакуумі

з

3-10 8 м / с

2

елементарний заряд

е

1,610 19 Кл

3

Постійна Авогадро

До Л

6,02-10 23 моль 1

4

Маса спокою електрона

т е

9,1-10 я кг

5

Маса спокою протона

т Р

1,67 10 27 кг

6

Маса спокою нейтрона

т п

1,67-10 -27 кг

7

Постійна Фарадея

Б

9,65-10 * Кл-моль 1

8

Постійна Планка

до

6,6-10 34 Дж-с

9

Стала тонкої структури

а

7,3-103

10

Ставлення заряду і маси електрона

е

т е

1,76-10 11 Кл-кг 1

І

Комптонівська довжина хвилі електрона

Т з

2,4-10 12 м

12

Постійна Ридберга

Яоо

1,1107 м- 1

13

радіус Бора

а0

5,3-10 11 м

14

радіус електрона

ге

2,8-10-15 м

15

Гіромагнітне відношення протона

У

2,7-Ю 8 с- 'Тл 1

16

магнетон Бора

мВ

9,3-10 24Дж-Тл-1

17

ядерний магнетон

рК

5,1-10-27 Дж Тл- 1

18

момент протона

М Р

1,4-10 26 Дж-Тл -1

19

Аномальний момент електрона

-1

ре / РВ

1,1610 3

20

Зєємановських константа розширення

2 п РВ / (1, с)

4,7-Ю 1 м -1 -Тл -1

21

газова постійна

Я

8,3 Дж-моль _, Тл -1

22

Нормальний об'єм ідеального газу

П

2,24-10 2 м 3 -моль -1

23

Постійна Больцмана

До

1,38-10 23 д ж . до 1

24

Перша постійна випромінювання

з

3,7-Ю " 16 Вт-м 2

Константа

позначення

Числове значення

25

Друга постійна випромінювання

з 2

1,44-10 _2 м-К

26

Постійна закону зміщення Віна

Ь

2,910 3 м До

27

Постійна Стефана-Больцмана

з

5,7 10 8 Вт м- ^ Тл- 1

28

гравітаційна стала

З

6,67-10 11 Нм 2 кг- 2

29

Константа електромагнітної взаємодії

а

1/137

30

Електрична і магнітні постійні

го

8,85-10 12ф / м;

М про

1,2510 6 Гн / м

Ставлення значень констант дає відносну інтенсивність відповідних взаємодій. Коротко охарактеризуємо кожну з цих чотирьох видів взаємодій.

Сильні (ядерні) взаємодії. Наявність в ядрах однаково заряджених протонів і нейтральних частинок говорить про те, що повинні існувати взаємодії, які набагато інтенсивніше електромагнітних, бо інакше ядро не могло утворитися. Ці взаємодії, їх називаю сильними, проявляються лише в межах ядра і забезпечують зв нуклонів в ядрі. Константу сильного взаємодії приймемо рівної 1 Найбільша відстань, на якому проявляється сильне взаимодействи (радіус дії г), становить приблизно 10 13 см.

Електромагнітні взаємодії. Ними обумовлені зв'язку в атомах, молекулах і звичайних макротела. Енергія іонізації атома, т.с. енергі відриву електрона від ядра, визначає значення електромагнітної взаємодії, що існує в атомі. Теплота пароутворення, тобто енергі переходу рідина - пар (при атмосферному тиску), визначить, правда досить грубо, значення міжмолекулярних взаємодій в тілі Останні ж мають електромагнітне походження. Константа взаємодії дорівнює 10 3 . Радіус дії не обмежений (г = °°).

Слабка взаємодія. Ця взаємодія відповідально за всі види р-розпаду ядер (включаючи е-захоплення), за багато розпади елементарних частинок а також за всі процеси взаємодії нейтрино з речовиною. Констант взаємодії дорівнює величині близько 10 5 . Слабка взаємодія, ка і сильне, є короткодействующим. Як зазначалося, з большог списку елементарних частинок тільки електрон, протон, фотон і нейтрино всіх типів є стабільними. Під впливом «внутрішніх причин» У нестабільні вільні частки за ті чи інші характерні часи перетворюються в інші частинки. Повільні розпади з характерним времене 10 _10 -10 _6 з відбуваються за рахунок так званої слабкої взаємодії тоді як швидкий розпад (10 -16 с) відбувається під впливом електромагнітних взаємодій.

Гравітаційні взаємодії (тяжіння). Тяжіння тіл до Землі, існування Сонячної системи, зоряних систем (галактик) В обумовлений взаємодією сил тяжіння, або, інакше, гравітаційними взаємодіями. Ці взаємодії універсальні, тобто застосовні до будь-яких мікро-і макрооб'єктів. Однак вони істотні лише для ті величезних астрономічних мас і для формування структури і еволюції Всесвіту як цілого. Гравітаційні взаємодії дуже швидкий слабшають для об'єктів з малими масами і практично не грають рол для ядерних і атомних систем. Прояви гравітації кількісного були вивчені одними з перших. Це не випадково, так як джерелом гравітації є маси тіл, а дальність гравітаційного взаимодействи не обмежена. Константа взаємодії має значення порядку 10 ~ 39 Радіус дії не обмежений (г = °°). Гравітаційне взаимодействи є універсальним, йому піддаються всі без винятку елементарні частинки. Однак в процесах мікросвіту гравітаційна взаємодія відчутною ролі не грає. У питаннях будови і розвитку світу ка цілого роль гравітації стає визначальною. Дослідження ж конкретних небесних об'єктів (зірок, пульсарів, квазарів і ін.) Неможливо без залучення всіх видів фундаментальних взаємодій.

Безсумнівно, наведена класифікація взаємодій відображає сучасний рівень розвитку науки. У майбутньому, можливо, взаємодії будуть або об'єднані, або їх залишиться менше, якщо будуть виявлені зв'язки між константами взаємодії. Наприклад, вже удалос описати в рамках єдиної теорії електромагнітне і слабке взаємодії. Між константами взаємодії і характеристиками Всесвіту існує якась дивовижна залежність. Наприклад, відно радіуса Метагалактики (Я = 5 * 10 27 см) до розмірів атома одно відно електромагнітних і гравітаційних сил, що діють між елементарними частинками.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >