Фундаментальные взаимодействия
|
Тип взаимодействия |
Источник взаимодействия |
Относительная интенсивность взаимодействия |
Радиус действия силы |
|
Гравитационное |
Масса |
10–38 |
Сколь угодно далеко |
|
Слабое |
Все элементарные частицы |
10–15 |
< 10–18 м |
|
Электромагнитное |
Электрические заряды |
10–2 |
Сколь угодно далеко |
|
Ядерное (сильное) |
Адрон (протоны, нейтроны, мезоны) |
1 |
< 10–15 м |
В настоящее время предполагают, что эти взаимодействия носят обменный характер, т.е. взаимодействие осуществляется путем обмена частицами (они называются переносчиками взаимодействий): электромагнитное взаимодействие – обмен фотонами; сильное взаимодействие – обмен глюонами (от слова glue (англ.) – клей); гравитационное поле – обмен гравитонами (частицы пока не найдены); слабое взаимодействие – обмен промежуточными бозонами, имеющими заряд q = е и обладающими большими массами m (81 93) ГэВ (1 ГэВ = 109 эВ).
Промежуточные бозоны зарегистрированы во встречных протон-антипротонных пучках. Бозонами называют частицы, способные накапливаться в одном и том же квантовом состоянии (т.е. в состоянии с одинаковыми квантовыми числами). Другой вид частиц – фермионы – в отличие от бозонов – «индивидуалисты», в определенном квантовом состоянии может находиться только одна частица (например, электроны в атоме).
Силы и взаимодействия в атоме
1. Между частицами внутри ядра действуют ядерные силы. Они являются зарядонезависимыми, т.е. действуют как между протонами, так и нейтронами, и между протонами и нейтронами. Являются короткодействующими – действуют только в пределах ядра (1014 м). Предполагают, что эти силы действуют между кварками внутри протонов и нейтронов в ядре. Это взаимодействие является сильным.
2. Электромагнитное взаимодействие возникает между электронами и протонами ядра.
3. Гравитационное взаимодействие (в микромире им пренебрегают, т.к. величина его мала по сравнению с сильным и электромагнитным).
В 1980 году была сделана попытка объединения слабого и электромагнитного взаимодействия, но пока она остается на уровне гипотезы.
По теории Великого объединения (ТВО) предполагается объединить сильное и электромагнитное взаимодействия. Кроме того, делаются попытки объединить гравитационное и электромагнитное взаимодействие («Суперобъединение», ТСО). Пока эти попытки не удались.
Связи между частицами вещества в молекуле
1. Ван-дер-Ваальсовская связь – самая слабая, действует между атомными плоскостями (графита), между нейтральными атомами.
2. Ковалентная связь – самая сильная. Действуют между атомами углерода, кислорода, в молекулах живых существ, т.е. в органических молекулах.
3. Металлическая связь – тоже сильная. Действует в металлах между положительными ионами решетки и свободными электронами (электронным газом).
4. Ионная связь – сильная. Действует в решетке кристаллов между положительными и отрицательными ионами.
Ковалентную, металлическую и ионную связи называют химическими связями.
С учетом современных представлений о взаимодействиях и связях в материи современная картина мира (рис. 40) построена на основе механической, электромагнитной и квантово-полевой.
