Анатолий Трутнев - Новый сборник статей по физике пространства. Наука будущего

6. Эйнштейн А Сущность теории относительности – М. из-во ин

ВВЕДЕНИЕ

По современным представлениям все процессы, явления, закономерности, протекающие и существующие в природе, основываются на четырёх фундаментальных взаимодействиях.

1. Гравитационное взаимодействие осуществляется между материальными телами в соответствии с законом тяготения:

где F – сила тяготения,

а r – расстояние между телами m 1и m 2,

G – гравитационная постоянная.

Закон всемирного тяготения не раскрывает самого механизма взаимодействия между телами, а устанавливает зависимость силы тяготения от масс материальных тел и расстояния между ними Многие. физики считают, что гравитационное взаимодействие материальных тел осуществляется посредством полей тяготения, которые они возбуждают в окружающем их пространстве. Поле тяготения это силовое поле, основное свойство которого состоит в том, на точку с единичной массой (m) действует сила притяжения F пропорциональная m.

где вектор напряженности поля тяготения:

Вектор напряженности представляет собой силовую характеристику гравитационного поля. Он изменяется при переходе от одной точки к другой. Гравитационное поле – центральное сферически симметричное поле, так как все векторы напряженности во всех его точках направлены вдоль прямых, пересекающих в одной точке (центр сил), а численные значения векторов определяются только расстоянием до центра сил. При гравитационном взаимодействии материальных тел, их поля тяготения накладываются друг на друга и напряженность их результирующего поля определяется, как векторная сумма напряженностей всех полей (принцип суперпозиции). Переносчики гравитационного взаимодействия экспериментально до сих пор не установлены.

Электромагнитное взаимодействие обусловлено наличием в природе положительных и отрицательных зарядов. Взаимодействие этих зарядов порождает электромагнитные силы, которые определяются с помощью закона Кулона:

где k – к оэффициент пропорциональности;

q 1, q 2 – электрические заряды;

r – расстояние между ними.

Если заряды одноименны, то при их взаимодействии возникают отталкивающие силы, а если разноименные, то действуют силы притяжения.

Любой электрический заряд окружен электрическим полем, силовой количественной характеристикой которого является векторная величина напряженность электрического поля – Е

E=F/q

где F – сила, действующая на заряд

q – пробный положительный заряд

Напряженность электрического поля характеризуется силовыми линиями, которые начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.

Кроме векторной характеристики электрического поля, существует и его скалярная величина потенциал – φ :

где П – потенциальная энергия положительного прообного заряда

q – пробный положительный заряд.

Каждой точке электрического поля соответствует свой потенциал. Изменение потенциала поля называется разностью потенциалов или напряжением:

φ 1 – φ 2 – разность потенциалов;

U – напряжение.

Упорядоченное движение электрических зарядов называется электрическим током. В электрическом поле оно происходит под действием кулоновских сил, но может происходить и под действием неэлектрических сил, которые называются сторонними силами. Движущиеся электрические заряды по характеру взаимодействия резко отличаются от взаимодействий неподвижных зарядов. Если неподвижные электрические заряды окружены электростатическими электрическими полями, где действуют кулоновские силы, то вокруг подвижных электрических зарядов наряду с электрическими формируются магнитные поля и при их взаимодействии проявляются дополнительные магнитные силы. Перекносчиками электромагнитных взаимодействий являются фотоны.

3. Сильное взаимодействие проявляется только у адронов (мезонов и барионов). Его частным случаем является ядерное взаимодействие. Ядерные силы – короткодйствующие силы. Радиус их дйствия r ~ (1—2) 10 – 15 м. Это очень интенсивные силы, поэтому ядерное взаимодействие называется сильным. Каждый нуклонядра взаимодействует не со всеми нуклонами, а только с соседними.

Ядерное взаимодействие зависит от ориентации спина нуклонов. Протон и нейтрон могут образовать ядро (дейтрон) только в случае, если их спины параллельны, при антипараллельном спине интенсивность ядерных сил уже недостаточна.

В процессе ядерного взаимодействия протон и нейтрон могут обмениваться электрическими зарядами. В результате чего протон превращается в нейтрон, а нейтрон, наоборот, в протон. Этот процесс происходит с помощью мезонов, которые являются квантами ядерного взаимодействия, при этом один нуклон испускает мезон, а другой его поглощает.

Нуклоны не являются точечными объектами, а состоят из кварков. В настоящее время установлено шесть разновидностей кварков – u,d,s,c,b,t и соответствующих им шесть антикварков. Они имеют дробный электрический заряд в следующей последовательности. Кварки – u, c, t имеют заряд, равный /3 заряда электрона, кварков – d, s, b заряд составляет – 1/3 от заряда электрона. Протон состоит из трех кварков u, u, d, а нейтрон из u, d, d – кварков. Взаимодействуют между собой кварки путем обмена бозонами (глюонами). Глюоны безмассовые частицы. Они находятся внутри адронов и в свободном состоянии не существуют.

4. Слабое взаимодействие наиболее слабое из всех фундаментальных взаимодействий. Оно сосредоточено внутри ядра и связано с Играет важную роль в термоядерных реакциях и в процессах превращения элементарных частиц. Описывает процессы в ядерной физике и физике элементарных частиц. Характерным временем для слабого взаимодействия считается время протекания 10 – 12 с, что в значительно меньше соответственно сильного 10 – 23 с и электромагнитного 10 – 20 с В нем участвуют кварки и лептоны, включая нейтрино.