25. Физикалық өзара әрекеттердің түрлері

Байланыс, өзара әрекеттесу және қозғалыс материяның негізгі атрибуттары болып саналады. Дененің барлық қасиеттері өзара әрекеттесуден шығады және олардың құрылымдық байланыстарының нәтижесі болып саналады.Өзара әрекеттесу деген уақыт пен кеңістік шеңберінде бір объектіге материя және қозғалыс алмасуы арқылы әсер етуі.Әрбір өзара әрекеттесудің негізіне заттардың өздеріне ең басынан қатысы бар қасиеттер жатады. Бөлшектердің өзара әрекеттесуге қабілеттерін тасушы, әрі өзара әрекеттесудің сандық өлшемі заряд болып табылады. Зарядтың ең кіші дискреттік шамасын (квантты) жекелеген заряд ретінде қарастырады. Өзара әрекеттесу күші кез келген жағдайда әрекеттесетін екі бөлшектің көбейтіндісіне тура пропорционал, ал өте күрделі түрде бөлшектердің арасындағы қашықтыққа байланысты.Қазіргі көзқарастар бойынша, кез келген өзара байланыс түрінің өзіндік физикалық агенті бар, яғни онсыз өзара әрекеттесу болмайды. Заттардың бір-біріне тартылуы немесе тебілуі оларды бөліп тұратын орта арқылы беріледі. Ондай орта – вакуум. Өзара әрекеттесу теориясын жасаған кезде процестің белгілі бір жобасы пайдаланылады: фермион – заряд бөлшектер маңында бозон-бөлшектерін тудыратын өріс қалыптастырады. Екі реальды бөлшек белгілі бір әрекеттесу радиусында бір-бірімен қозғалмалы бозондарымен алмаса бастайды, яғни бір бөлшек бозон бөлген кезде екіншісі оны жұтып, өз бозонын оған береді немесе керісінше, бозондармен алмасу бөлшектердің арасында тартылу немесе тебілу құбылыстарын қамтамасыз етеді.

Гравитациялық өзара әрекеттесу

Бұл барлық әрекеттесулердің ішіндегі ең әлсізі. Өзара әсерлеуші денелердің массалары неғұрлым үлкен болса, соғұрлым гравитациялық әсер жоғары болады.Классикалық физикада ол Ньютонның белгілі тартылыс заңы арқылы сипатталады. Гравитациялық өзара әрекеттесу барлық космостық жүйелердің пайда болуын, соынмен қатар эволюция барысында таралып кеткен жұлдыздар мен галактикаларды дамудың жаңа цикліне енуін қамтамасыз етеді. Гравитациялық толқындардың таралу жылдамдығы вакумдағы жарық жылдамдығына тең, бірақ гравитациялық толқындар өлшеуіш құралдар арқылы тіркелмеген.Өріс жағдайында гравитациялық заряд, Эйнштейннің көзқарасы бойынша заттың инерттік массасына эквивалентті. Американ физиктері Р.Хясли мен Дж. Тейлор гравитациялық толқындардың табиғатта бар екендігін дәлелдеп, 1993 жылы Нобель сыилығын алды.Гравитация үшін тебілудің қарама-қарсы эквивалентті күші жоқ, барлық қарсы бөлшектердің оң мәні бар массалары мен энергиялары бар.Гравитацияның кванттық теориясы бойынша тартылыс өрісі квантталған, бұл өрістің кванттарын гравитондар деп атайды. Тартылыс күші денелер арасында үздіксіз гравитондар немесе денелер арасында үздіксіз гравитондар немесе гравитациялық толқындар ауысуының нәтижесі болып табылады. Олар энергия тасымалдайды, сонымен бірге уақыт – кеңістік қасиеттері бар.

Электромагниттік өзара әрекеттесу

Бұл өзара әрекеттесудің де өзіндік әмбебап қасиеттері бар, бірақ гравитациялық өзара әрекеттесуден бір айырмашылығы, өзара тартылыс (әр түрлі зарядтар арасында) және тебіліс (бірдей зарядтар арасында) құбылыстары байқалады.Электромагниттік байланыстың арқасында атомдар, молекулалар және макроскопиялық денелер пайда болады. Барлық химиялық реакциялар электромагниттік өзара әрекеттесудің нәтижесі болып табылады. Бұл принципті химия ғылымы зерттейді.Электр туралы ғылымның дамуының алғашқы кезеңінде бұл өзара әрекеттесудің электрлік және магниттік компоненттері бір-бірне байланыссыз түрде қарастырылды. Максвелл бұл екі күштің бір-бірімен тығыз байланысты екендігін дәлелдеді.Максвелдің электродинамикасы электромагнетизмнің аяқталған классикалық теориясы болып табылады, ол өз мәнін осы уақытқа дейін жоғалтқан жоқ. Бірақ қазіргі физика электромагнетизмнің жетілген және нақты теориясын жасалады, онда құбылыстың кванттық-өрістік аспектілері қарастырылған. Бұл құбылыс – кванттық электродинамика деп аталады. Физикада массаның пайда болу себебі белгісіз болса, электромагниттік зарядтың табиғаты да түсініксіз. Сондықтан теория осы зарядтың өмір сүруі туралы постулаттардан тұрады.Электр заряды екі түрде кездеседі: электронға тән заряд – теріс заряд деп, ал позитрон мен протонға тән заряд оң заряд деп аталады. Зарядтардың өзара әрекеттесуі қозғалмалы фотондардың алмасуы арқылы жүзеге асырылады. Әр түрлі зарядтардың әрекеттесу жағдайында тартылыс әсері, ал бірдей зарядтар әрекеттескенде тебілу әсері байқалады. Электромагниттік зарядтар қатысуымен болатын барлық процестерде заряд, импульс, энергия сақталу заңдары орындалады.

Әлсіз өзара әрекеттесу

Бұл тек микроәлемде байқалатын әрекеттесу. Олбір фермион бөлшектердің екінші түрге айналуына қатысты, бұл жағдайда өзара әрекеттесуші лептондар мен кварктер түсі өзгермейді. Әлсіз әрекеттесудің қарапайым мысалы: бета – ыдырау процесі барысында бос нейтрон 15 минут ішінде протонға, электронға және электрондық антинейтроноға ыдырайды. Әлсіз заряд үш айырбас бозон бөлшектері бар үш өріс түрін құрайды. Әлсіз өзара әрекеттесу векторлық бозондар арқылы беріледі және әрекеттесу радиусы өте қысқа – 10^-15 см.Әлсіз өзара әрекеттесу туралы ең алғаш жасалған теория аяқталмаған болып шықты.Күннің өзі әлсіз әрекеттесу нәтижесінде жарық шашады (протон нейтронға, позитронға және нейтриноға айналады). Бөлініп шығатын нейтронның аса жоғары өту қабілеті бар, ол миллиард километр қалыңдықтағы темір плита арқылы өтіп кетеді. Әлсіз өзара әрекеттесу жағдайында бөлшектер зарядтары өзгереді.Әлсіз әрекеттесу түйісу арқылы жүзеге аспайды, керісінше аралық ауыру бөлшектердің – бозондардың алмасуы арқылы жүреді.60-шы жылдарда С.Вайнберг пен А.Салам біртұтас электро әлсіз өзара әрекеттесу теориясын ұсынды. Бұл теория біртұтас іргелі зарядтардың өмір сүруі арқылы жасалған.

Күшті өзара әрекеттесу

Күшті өзара әрекеттесу адрондар (грекше «адрос» – күшті) және нуклондар (протондар мен нейтрондар) және лизондар арасында орын алады. Күшті әрекеттесу үлкен арақашықтық жағдайында мүмкін (радиусы мөлшермен 10^-13 см шамасында).Күшті өзара әрекеттесудің бір көрінісі – ядролық күштер. Күшті әрекеттесуді ең алғаш рет ашқан Э.Резерфорд (1911 жылы), сол уақытта атом ядросы ашылды (бұл күштер арқылы  - бөлшектердің ыдырауы түсіндіріледі). Юкаваның гипотезасы бойынша (1935 ж.) күшті өзара әрекеттесулер аралық бөлшектердің – ядролық күштерді тасымалдаушылардың шығарылуына байланысты. Бұл 1947 жылы табылған пимезон, оның массасы нуклонның массасынан 6 есе кіші, сонымен бірге кейінірек табылған мезондар. Нуклондар мезондар « бұлтымен» қоршалған. Нуклондар қозу жағдайында болғанда- бариондық реэонанс туады, яғни, басқа бөлшектермен алмасады. Бариондар соқтығысқан кезде олардың бұлттары бірін-бірі жауып қалады да жан-жаққа таралған бұлттардың бағытымен бөлшектер шығарылады. Орталық бөліктерінен әр түрлі бағытқа қарай ақырындап қалдық бөлшектер шыға бастайды. Ядролық күш бөлшектер зарядына тәуелді емес күшті өз ара әрекеттесу кезінде заряд бірлігі сақталады.