Вопрос 14.

Современная концепция фундаментальных взаимодействий. Виды фундаментальных взаимодействий. Возможности эволюционного развития биологических систем с помощью этих взаимодействий.

Взаимодействие возникает при сближении атомов. Ядра атомов заряжены положительно и потому отталкиваются. Аналогично отталкивают друг друга электроны как одноименно заряженные частицы, но электроны одного атома притягиваются к ядру другого, и наоборот. Силы отталкивания и притяжения по-разному зависят от расстояния между атомами, поэтому компенсации сил не происходит. При сближении атомов отталкивание растет быстрее притяжения, и подведенные друг к другу атомы взаимно отталкиваются.

При разведении атомов сила отталкивания исчезает. Сложение сил отталкивания, действующих между многими атомами, образующими поверхности тел, приводит к тому, что ракетка отбрасывает мяч. То же относится и к другим случаям так называемого действия через соприкосновение. Если же, не обращая внимания на взаимное отталкивание тел, сжимать их со всевозрастающей силой, то притяжение может возобладать над отталкиванием; тогда поверхностные атомы сжимаемых тел могут объединиться. Сила тяжести проявляется главным образом в явлениях астрономического масштаба, электромагнитные силы — в макро- мире, а сильные и слабые силы, радиус действия которых очень мал, существенны только в процессах ядерного масштаба, в мире элементарных частиц.

Рассмотренные силы — мера соответствующих видов фундаментальных взаимодействий, на которых базируется взаимосвязь всех материальных объектов микро-, макро- и мегамира.

К настоящему времени известны четыре вида основных фундаментальных взаимодействий:

1.гравитационное;

2.электромагнитное;

3.сильное;

4. слабое.

Гравитационное взаимодействие характерно для всех материальных объектов вне зависимости от их природы. Оно заключается во взаимном притяжении тел и определяется фундаментальным законом всемирного тяготения: между двумя точечными телами действует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Гравитационным взаимодействием определяется падение тел в поле сил тяготения Земли. Законом всемирного тяготения описывается движение планет Солнечной системы, а также других макрообъектов. Предполагается, что гравитационное взаимодействие обусловливается некими элементарными частицами — гравитонами, существование которых к настоящему времени экспериментально не подтверждено.

Электромагнитное взаимодействие связано с электрическими и магнитными полями. Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, а магнитное поле — при их движении. В природе существуют как положительные, так и отрицательные заряды, что и определяет характер электромагнитного взаимодействия. Например, электростатическое взаимодействие между заряженными телами в зависимости от знака заряда сводится либо к притяжению, либо к отталкиванию. При движении зарядов в зависимости от их знака и направления движения между ними возникает либо притяжение, либо отталкивание.

Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре и определяет ядерные силы. Предполагается, что ядерные силы

возникают при обмене между нуклонами виртуальными частицами — мезонами.

Слабое взаимодействие описывает некоторые виды ядерных процессов. Оно коротко действующее и характеризует все виды бета-превращений.

Вид_взаимодейст	Const	Радиус
Гравитационное	6*10^39	Бескон
Электромагнитн	1/137	Бескон
Сильное	1	(0.11)*10^-13 cm
Слабое	10^-14	<<0.1*10^-13 cm

Взаимодействие между атомами и молекулами имеет преимущественно электромагнитную природу. Таким взаимодействием объясняется образование различных агрегатных состояний вещества: твердого, жидкого и газообразного. Например, между молекулами вещества в твердом состоянии взаимодействие в виде притяжения проявляется гораздо сильнее, чем между теми же молекулами в газообразном состоянии.