Энергия взаимодействия
Фундамента́льные взаимоде́йствия, также известные как фундаментальные силы, — качественно различающиеся типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел.
На сегодня достоверно известно существование четырёх фундаментальных взаимодействий (не считая поля Хиггса):
- гравитационного;
- электромагнитного;
- сильного;
- слабого.
При этом электромагнитное и слабое взаимодействия являются проявлениями единого электрослабого взаимодействия.
Ведутся поиски других типов фундаментальных взаимодействий, как в явлениях микромира, так и в космических масштабах, однако пока какого-либо другого типа фундаментального взаимодействия не обнаружено (см. Пятая сила).
В теориях Великого объединения предполагается существование электроядерного взаимодействия. Возможно, нарушение CP-инвариантности вызывается сверхслабым взаимодействием.
Сводная таблица
| Взаимодействие | Текущее описание теорией | Заряд | Частица-переносчик | Относительная сила | Зависимость от расстояния | Радиус воздействия (м) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Гравитация | Общая теория относительности (ОТО) | Масса | Гравитон (гипотетич.) | 1 |  | ∞ |
| Слабое | Теория электрослабого взаимодействия (ТЭВ) | Слабый изоспин | W+-, W−- и Z0-бозоны | 1025 |  | 10−18 |
| Электромагнитное | Квантовая электродинамика (КЭД) | Электрический заряд | Фотон | 1036 | | ∞ |
| Сильное | Квантовая хромодинамика (КХД) | Цветовой заряд | Глюоны | 1038 |  | 10−15 |
История
Ньютон в своём втором законе (1687 г.) постулировал, что причиной изменения движения тел является сила. Физикам было известно множество самых разнообразных сил: сила тяжести, сила натяжения нити, сила сжатия пружины, сила столкновения тел, сила трения, сила сопротивления воздуха, сила взрыва и т. д.
Исследования XVIII—XIX веков привели к открытию атомарной структуры вещества, и стало понятно, что всё разнообразие этих сил есть результат взаимодействия атомов друг с другом. Поскольку основной вид межатомного взаимодействия — электромагнитное, то, как оказалось, большинство этих сил — лишь различные проявления электромагнитного взаимодействия. Одно из исключений составляет, например, сила тяжести, причиной которой является гравитационное взаимодействие между телами, обладающими массой.
Таким образом, к началу XX века выяснилось, что все известные к тому моменту силы сводятся к двум фундаментальным взаимодействиям: электромагнитному и гравитационному.
В 1930-е годы физики обнаружили, что ядра атомов состоят из нуклонов (протонов и нейтронов). Стало понятно, что ни электромагнитные, ни гравитационные взаимодействия не могут объяснить, что удерживает нуклоны в ядре. Было постулировано существование нового фундаментального взаимодействия: сильного взаимодействия. Однако в дальнейшем оказалось, что и этого недостаточно, чтобы объяснить некоторые явления в микромире. В частности, было непонятно, что заставляет распадаться свободный нейтрон. Тогда было постулировано существование слабого взаимодействия, и этого оказалось достаточно для описания всех до сих пор наблюдавшихся явлений в микромире.
После открытия бозона Хиггса поле Хиггса стали иногда называть пятым фундаментальным взаимодействием.
Создание единой теории фундаментальных взаимодействий
Первой из теорий взаимодействий стала теория электромагнетизма, созданная Максвеллом в 1863 году. Затем в 1915 году Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности, описывающую гравитационное поле. Появилась идея построения единой теории фундаментальных взаимодействий (которых на тот момент было известно только два), подобно тому как Максвеллу удалось создать общее описание электрических и магнитных явлений. Такая единая теория объединила бы гравитацию и электромагнетизм в качестве частных проявлений некоего единого взаимодействия.
В течение первой половины XX века ряд физиков предприняли многочисленные попытки создания такой теории, однако ни одной полностью удовлетворительной модели выдвинуто не было. Это, в частности, связано с тем, что общая теория относительности и теория электромагнетизма различны по своей сути. Тяготение описывается искривлением пространства-времени, и в этом смысле гравитационное поле условно нематериально (эмпирически недискретно), но, как и прочие формы взаимодействия, распространяется с предельно допустимой скоростью света (см. скорость гравитации), в то время как электромагнитное поле являет все необходимые атрибуты материи.
Во второй половине XX столетия задача построения единой теории осложнилась необходимостью внесения в неё слабого и сильного взаимодействий, а также необходимостью квантования теории.
В 1967 году Саламом и Вайнбергом была создана теория электрослабого взаимодействия, объединившая электромагнетизм и слабые взаимодействия. Позднее в 1973 году была предложена теория сильного взаимодействия (квантовая хромодинамика). На их основе была построена Стандартная модель элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабые и сильное взаимодействия.
Экспериментальная проверка Стандартной модели заключается в обнаружении предсказанных ею частиц и их свойств. В настоящий момент открыты все элементарные частицы стандартной модели.
Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: общей теорией относительности и стандартной моделью. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания квантовой теории гравитации. Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий используются различные подходы: теории струн, петлевая квантовая гравитация, а также М-теория.
Гипотеза о количестве фундаментальных физических взаимодействий — почему в природе именно то количество взаимодействий, которое предполагают существующими — была высказана относительно недавно в МГУ. Предполагается, что количество фундаментальных взаимодействий зависит от вида коэффициента затухания в рассматриваемых уравнениях колебаний. При этом некоммутативная структура этого коэффициента свидетельствует в пользу существования поля Хиггса в качестве фундаментального взаимодействия.
См. также
- Нерешённые проблемы современной физики
- Пятая сила
- Теории Великого объединения
- Исключительно простая теория всего
- Единая теория поля
- Стандартная модель
- Люди: Исаак Ньютон, Джеймс Максвелл, Альберт Эйнштейн, Хидэки Юкава, Ричард Фейнман, Марри Гелл-Ман, Нисидзима, Шелдон Глешоу, Абдус Салам, Стивен Вайнберг, Герард 'т Хоофт, Дэвид Гросс, Эдвард Виттен, Говард Джорджи.
Примечания
- Приближённо. См. Константа взаимодействия для более точного значения силы в зависимости от частицы и её энергии.
- Исаак Ньютон, «Математические начала натуральной философии».
- Физика элементарных частиц. Дмитрий Казаков, Валерий Рубаков Часть 1. Дмитрий Казаков. Пятая сила и фантазии о единой теории Архивная копия от 19 июля 2014 на Wayback Machine.
- Ангорский, Андрей А. О количестве фундаментальных физических взаимодействий | PDF. Scribd (29 февраля 2020).
Ссылки
- Фундаментальные взаимодействия
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Энергия взаимодействия, Что такое Энергия взаимодействия? Что означает Энергия взаимодействия?
Slovo Vzaimodejstvie imeet i drugie znacheniya Zapros Energiya vzaimodejstviya d perenapravlyaetsya syuda Na etu temu nuzhno sozdat otdelnuyu statyu Fundamenta lnye vzaimode jstviya takzhe izvestnye kak fundamentalnye sily kachestvenno razlichayushiesya tipy vzaimodejstviya elementarnyh chastic i sostavlennyh iz nih tel Kratkij obzor razlichnyh semejstv elementarnyh i sostavnyh chastic i teorii opisyvayushie ih vzaimodejstviya Elementarnye chasticy sleva fermiony sprava bozony Terminy giperssylki na stati Vikipedii Na segodnya dostoverno izvestno sushestvovanie chetyryoh fundamentalnyh vzaimodejstvij ne schitaya polya Higgsa gravitacionnogo elektromagnitnogo silnogo slabogo Pri etom elektromagnitnoe i slaboe vzaimodejstviya yavlyayutsya proyavleniyami edinogo elektroslabogo vzaimodejstviya Vedutsya poiski drugih tipov fundamentalnyh vzaimodejstvij kak v yavleniyah mikromira tak i v kosmicheskih masshtabah odnako poka kakogo libo drugogo tipa fundamentalnogo vzaimodejstviya ne obnaruzheno sm Pyataya sila V teoriyah Velikogo obedineniya predpolagaetsya sushestvovanie elektroyadernogo vzaimodejstviya Vozmozhno narushenie CP invariantnosti vyzyvaetsya sverhslabym vzaimodejstviem Svodnaya tablicaVzaimodejstvie Tekushee opisanie teoriej Zaryad Chastica perenoschik Otnositelnaya sila Zavisimost ot rasstoyaniya Radius vozdejstviya m Gravitaciya Obshaya teoriya otnositelnosti OTO Massa Graviton gipotetich 1 1r2 displaystyle frac 1 r 2 Slaboe Teoriya elektroslabogo vzaimodejstviya TEV Slabyj izospin W W i Z0 bozony 1025 1re mW Zr displaystyle frac 1 r e m W Z r 10 18Elektromagnitnoe Kvantovaya elektrodinamika KED Elektricheskij zaryad Foton 1036 1r2 displaystyle frac 1 r 2 Silnoe Kvantovaya hromodinamika KHD Cvetovoj zaryad Glyuony 1038 1 displaystyle 1 10 15IstoriyaNyuton v svoyom vtorom zakone 1687 g postuliroval chto prichinoj izmeneniya dvizheniya tel yavlyaetsya sila Fizikam bylo izvestno mnozhestvo samyh raznoobraznyh sil sila tyazhesti sila natyazheniya niti sila szhatiya pruzhiny sila stolknoveniya tel sila treniya sila soprotivleniya vozduha sila vzryva i t d Issledovaniya XVIII XIX vekov priveli k otkrytiyu atomarnoj struktury veshestva i stalo ponyatno chto vsyo raznoobrazie etih sil est rezultat vzaimodejstviya atomov drug s drugom Poskolku osnovnoj vid mezhatomnogo vzaimodejstviya elektromagnitnoe to kak okazalos bolshinstvo etih sil lish razlichnye proyavleniya elektromagnitnogo vzaimodejstviya Odno iz isklyuchenij sostavlyaet naprimer sila tyazhesti prichinoj kotoroj yavlyaetsya gravitacionnoe vzaimodejstvie mezhdu telami obladayushimi massoj Kalibrovochnye bozony v ramkah Standartnoj modeli Takim obrazom k nachalu XX veka vyyasnilos chto vse izvestnye k tomu momentu sily svodyatsya k dvum fundamentalnym vzaimodejstviyam elektromagnitnomu i gravitacionnomu V 1930 e gody fiziki obnaruzhili chto yadra atomov sostoyat iz nuklonov protonov i nejtronov Stalo ponyatno chto ni elektromagnitnye ni gravitacionnye vzaimodejstviya ne mogut obyasnit chto uderzhivaet nuklony v yadre Bylo postulirovano sushestvovanie novogo fundamentalnogo vzaimodejstviya silnogo vzaimodejstviya Odnako v dalnejshem okazalos chto i etogo nedostatochno chtoby obyasnit nekotorye yavleniya v mikromire V chastnosti bylo neponyatno chto zastavlyaet raspadatsya svobodnyj nejtron Togda bylo postulirovano sushestvovanie slabogo vzaimodejstviya i etogo okazalos dostatochno dlya opisaniya vseh do sih por nablyudavshihsya yavlenij v mikromire Posle otkrytiya bozona Higgsa pole Higgsa stali inogda nazyvat pyatym fundamentalnym vzaimodejstviem Sozdanie edinoj teorii fundamentalnyh vzaimodejstvijPervoj iz teorij vzaimodejstvij stala teoriya elektromagnetizma sozdannaya Maksvellom v 1863 godu Zatem v 1915 godu Ejnshtejn sformuliroval obshuyu teoriyu otnositelnosti opisyvayushuyu gravitacionnoe pole Poyavilas ideya postroeniya edinoj teorii fundamentalnyh vzaimodejstvij kotoryh na tot moment bylo izvestno tolko dva podobno tomu kak Maksvellu udalos sozdat obshee opisanie elektricheskih i magnitnyh yavlenij Takaya edinaya teoriya obedinila by gravitaciyu i elektromagnetizm v kachestve chastnyh proyavlenij nekoego edinogo vzaimodejstviya V techenie pervoj poloviny XX veka ryad fizikov predprinyali mnogochislennye popytki sozdaniya takoj teorii odnako ni odnoj polnostyu udovletvoritelnoj modeli vydvinuto ne bylo Eto v chastnosti svyazano s tem chto obshaya teoriya otnositelnosti i teoriya elektromagnetizma razlichny po svoej suti Tyagotenie opisyvaetsya iskrivleniem prostranstva vremeni i v etom smysle gravitacionnoe pole uslovno nematerialno empiricheski nediskretno no kak i prochie formy vzaimodejstviya rasprostranyaetsya s predelno dopustimoj skorostyu sveta sm skorost gravitacii v to vremya kak elektromagnitnoe pole yavlyaet vse neobhodimye atributy materii Vo vtoroj polovine XX stoletiya zadacha postroeniya edinoj teorii oslozhnilas neobhodimostyu vneseniya v neyo slabogo i silnogo vzaimodejstvij a takzhe neobhodimostyu kvantovaniya teorii V 1967 godu Salamom i Vajnbergom byla sozdana teoriya elektroslabogo vzaimodejstviya obedinivshaya elektromagnetizm i slabye vzaimodejstviya Pozdnee v 1973 godu byla predlozhena teoriya silnogo vzaimodejstviya kvantovaya hromodinamika Na ih osnove byla postroena Standartnaya model elementarnyh chastic opisyvayushaya elektromagnitnoe slabye i silnoe vzaimodejstviya Eksperimentalnaya proverka Standartnoj modeli zaklyuchaetsya v obnaruzhenii predskazannyh eyu chastic i ih svojstv V nastoyashij moment otkryty vse elementarnye chasticy standartnoj modeli Takim obrazom v nastoyashee vremya fundamentalnye vzaimodejstviya opisyvayutsya dvumya obsheprinyatymi teoriyami obshej teoriej otnositelnosti i standartnoj modelyu Ih obedineniya poka dostich ne udalos iz za trudnostej sozdaniya kvantovoj teorii gravitacii Dlya dalnejshego obedineniya fundamentalnyh vzaimodejstvij ispolzuyutsya razlichnye podhody teorii strun petlevaya kvantovaya gravitaciya a takzhe M teoriya Gipoteza o kolichestve fundamentalnyh fizicheskih vzaimodejstvij pochemu v prirode imenno to kolichestvo vzaimodejstvij kotoroe predpolagayut sushestvuyushimi byla vyskazana otnositelno nedavno v MGU Predpolagaetsya chto kolichestvo fundamentalnyh vzaimodejstvij zavisit ot vida koefficienta zatuhaniya v rassmatrivaemyh uravneniyah kolebanij Pri etom nekommutativnaya struktura etogo koefficienta svidetelstvuet v polzu sushestvovaniya polya Higgsa v kachestve fundamentalnogo vzaimodejstviya Sm takzheNereshyonnye problemy sovremennoj fiziki Pyataya sila Teorii Velikogo obedineniya Isklyuchitelno prostaya teoriya vsego Edinaya teoriya polya Standartnaya model Silnoe vzaimodejstvie Elektroslaboe vzaimodejstvie Slaboe vzaimodejstvie Gravitaciya Lyudi Isaak Nyuton Dzhejms Maksvell Albert Ejnshtejn Hideki Yukava Richard Fejnman Marri Gell Man Nisidzima Sheldon Gleshou Abdus Salam Stiven Vajnberg Gerard t Hooft Devid Gross Edvard Vitten Govard Dzhordzhi PrimechaniyaPriblizhyonno Sm Konstanta vzaimodejstviya dlya bolee tochnogo znacheniya sily v zavisimosti ot chasticy i eyo energii Isaak Nyuton Matematicheskie nachala naturalnoj filosofii Fizika elementarnyh chastic Dmitrij Kazakov Valerij Rubakov Chast 1 Dmitrij Kazakov Pyataya sila i fantazii o edinoj teorii Arhivnaya kopiya ot 19 iyulya 2014 na Wayback Machine Angorskij Andrej A O kolichestve fundamentalnyh fizicheskih vzaimodejstvij PDF rus Scribd 29 fevralya 2020 SsylkiFundamentalnye vzaimodejstviya
