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

Способность к взаимодействию – важнейшее и неотъемлемое свойство материи. Именно взаимодействия обеспечивают объединение различных материальных объектов мега-, макро- и микромира в системы. Все известные современной науке силы сводятся к четырём типам взаимодействий, которые называются фундаментальными: гравитационное, электромагнитное, слабое ядерное и сильное ядерное.

Основу гравитационного взаимодействия составляет закон всемирного тяготения, который гласит: между двумя телами существует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Гравитационное взаимодействие – наиболее слабое из ныне известных взаимодействий. Гравитационная сила действует на очень больших расстояниях, её интенсивность с увеличением расстояния убывает, но не исчезает полностью.

В отличие от гравитационной силы электромагнитные взаимодействия существуют только между заряженными частицами: электрическое поле – между двумя покоящимися заряженными частицами, магнитное – между двумя движущимися заряженными частицами. Электромагнитные силы могут быть как силами притяжения, так и силами отталкивания.

Слабое ядерное взаимодействие связано с распадом частиц, поэтому его открытие последовало только вслед за открытием радиоактивности. В результате слабых взаимодействий нейтроны, входящие в состав атомного ядра, распадаются на три типа частиц: положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные нейтрино. Слабое ядерное взаимодействие значительно меньше электромагнитного, но больше гравитационного, и в отличие от них распространяется на небольших расстояниях – не более 10^-22см.

Сильное ядерное взаимодействие удерживает протоны в ядре атома, не позволяя им разлететься под действием электромагнитных сил отталкивания. Сильное ядерное взаимодействие осуществляется на расстояниях не более чем 10^-13см и отвечает за устойчивость ядер. Оно ответственно за образование атомных ядер, в нём участвуют только тяжёлые частицы: протоны и нейтроны. По своей мощи сильное ядерное взаимодействие превосходит другие известные взаимодействия и является источником огромной энергии.

Закон сохранения и превращения энергии утверждает, что энергия не исчезает и не появляется вновь, а лишь переходит из одной формы в другую. Закон сохранения импульса постулирует неизменность импульса замкнутой системы с течением времени. Закон сохранения момента импульса утверждает, что момент импульса замкнутой системы остаётся неизменным с течением времени. Законы сохранения являются следствием симметрии, т.е. инвариантности, неизменности структуры материальных объектов относительно преобразований, или изменения физических условий их существования. Итак, законы сохранения энергии и импульса связаны с однородностью времени и пространства, законы сохранения момента импульса – с симметрией пространства относительно вращения. Закон сохранения зарядов связаны с симметрией относительно специальных преобразований волновых функций, описывающих частиц.