8.Фундаментальные типы взаимодействий в физике. Почему они так называются? Какие законы сохранения фундаментальны для всего естествознания и почему?

Фундаментальные взаимодействия — различные, не сводящиеся друг к другу типы взаимодействия элементарных частици составленных из них тел. На сегодня достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий:гравитационного,электромагнитного,сильногоислабоговзаимодействий. Ведутся поиски других типов взаимодействий, как в явлениях микромира, так и в космических масштабах, однако пока существование какого-либо другого типа взаимодействия не обнаружено.

Гравитационное взаимодействие— одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в нашем мире. В рамкахклассической механики, гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона. Гравитационное взаимодействие приводит всегда к притяжению любых тел.

Электромагнитное взаимодействиесуществует междучастицами, обладающимиэлектрическим зарядом, а также между электрически нейтральными составными частицами, части которых обладают зарядом. Например,нейтрон— нейтральная частица, однако он содержит в своём составе заряженныекваркии потому участвует в электромагнитном взаимодействии (в частности, обладает ненулевыммагнитным моментом).

Электромагнитное взаимодействие отличается от слабогоисильноговзаимодействия своим дальнодействующим характером — сила взаимодействия между двумя зарядами спадает только как вторая степень расстояния. По такому же закону спадает с расстояниемгравитационное взаимодействие. Электромагнитное взаимодействие заряженных частиц намного сильнее гравитационного, и единственная причина, по которой электромагнитное взаимодействие не проявляется с большой силой на космических масштабах — электрическая нейтральность материи, то есть наличие в каждой области Вселенной с высокой степенью точности равных количеств положительных и отрицательных зарядов.

Сильное взаимодействиедействует в масштабахатомных ядери меньше, отвечая за притяжение междунуклонамив ядрах и междукваркамивадронах.В сильном взаимодействии участвуюткваркииглюоны, а также составленные из нихэлементарные частицы, называемые адронами.

Слабое взаимодействие, илислабое ядерное взаимодействиеответственно, в частности, забета-распадядра. Это взаимодействие называется слабым, поскольку два других взаимодействия, значимые для ядерной физики (сильноеиэлектромагнитное), характеризуются значительно большей интенсивностью. Однако оно значительно сильнее четвертого из фундаментальных взаимодействий,гравитационного. Слабое взаимодействие является короткодействующим — оно проявляется на расстояниях, меньших размераатомного ядра.Стандартная модельфизики элементарных частицописываетэлектромагнитное взаимодействиеи слабое взаимодействие как разные проявления единогоэлектрослабого взаимодействия, теорию которого разработали около1968годаГлэшоу,СаламиВайнберг. За эту работу они получилиНобелевскую премиюпо физике за1979год.

Законы сохранения— фундаментальныефизические законы, согласно которым при определённых условиях некоторые измеримые физические величины, характеризующие замкнутую физическую систему, не изменяются с течением времени. Некоторые из законов сохранения выполняются всегда и при всех условиях (например, законы сохраненияэнергии,импульса,момента импульса,электрического заряда), или, во всяком случае, никогда не наблюдались процессы, противоречащие этим законам. Другие законы являются лишь приближёнными и выполняющимися при определённых условиях (например, закон сохранениямассывыполняется в нерелятивистском приближении; закон сохранениячётностивыполняется длясильногоиэлектромагнитного взаимодействия, но нарушается вслабом взаимодействии).

1.Закон сохранения энергии— основной закон природы, заключающийся в том, чтоэнергиязамкнутой системысохраняется во времени. Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может в никуда исчезнуть, она может только переходить из одной формы в другую. Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то правильнее называть его незаконом, апринципом сохранения энергии.

2. Закон сохранения импульсаутверждает, что геометрическая суммаимпульсоввсех тел (или частиц)замкнутой системыесть величина постоянная.

Из законов Ньютонаможно показать, что при движении в пустом пространстве импульс сохраняется во времени, а при наличии взаимодействия скорость его изменения определяется суммой приложенных сил. Вклассической механикезакон сохранения импульса обычно выводится как следствие законов Ньютона. Однако этот закон сохранения верен и в случаях, когданьютоновская механиканеприменима.Как и любой иззаконов сохранения, закон сохранения импульса описывает одну изфундаментальных симметрий, —однородность пространства

3.Зако́н сохранения момента импульса(закон сохранения углового момента) — векторная сумма всех моментов импульса относительно любой оси для замкнутой системы остается постоянной. В соответствии с этим,момент импульсазамкнутой системы относительно любой неподвижной точки не изменяется со временем.Закон сохранения момента импульса есть проявлениеизотропности пространства.

4.Закон сохранения массы— исторический закон физики, согласно которомумассакак мера количества вещества сохраняется при всех природных процессах, то есть несотворима и неуничтожима. С точки зрения современной физики, этот закон неверен. Например, при радиоактивном распаде совокупная масса вещества уменьшается.

5. Закон сохранения электрического зарядагласит, что алгебраическая суммазарядовэлектрически замкнутой системысохраняется.

6.Закон сохранения лептонного числа

Лептоновое число— разность числа лептонови антилептонов в данной системе. Во всех наблюдавшихся процессах лептонное число в замкнутой системе сохраняется, поэтому был сформулирован закон сохранения лептонного заряда, являющийся одним из экспериментальных основанийСтандартной Моделифизики элементарных частиц. Однако причины, по которым лептонное число сохраняется, пока неизвестны. В отличие отэлектрического заряда, лептонный заряд, насколько это известно, не является источником какого-либо дальнодействующегокалибровочного поля(поэтому более правильный термин — лептонное число).

7.Закон сохранения барионного числа. Вфизике элементарных частицбарионное число — это приблизительносохраняемоеквантовое числосистемы. Оно определяется как:

где

— количество кваркови

— количество антикварков.

Исторически барионное число было определено задолго до того, как установилась сегодняшняя кварковая модель — так что вместо изменения определения физики просто разделили давно известное квантовое число на три. Теперь более точно говорить о сохранении кваркового числа.

8.Закон сохранения чётности