19. Проблема учения о взаимодействии

Взаимодействие в физике – это воздействие тел или частиц друг на друга, приводящее к изменению состояния их движения. Именно взаимодействие – основная причина движения материи, поэтому взаимодействие, как и движение, универсально, т. е. присуще всем материальным объектам. В механике Ньютона взаимное действие тел друг на друга характеризуется силой.

Первоначально в физике утвердилось представление о том, что взаимодействие между телами может осуществляться непосредственно через пустое пространство, которое не принимает никакого участия в передаче взаимодействия; при этом передача взаимодействия происходит мгновенно. Так, считалось, что перемещение Земли должно сразу же приводить к изменению силы тяготения, действующей на Луну. В этом состояла так называемая концепция дальнодействия, составляющая основу классической физики до конца XIX в.

Однако данные представления были оставлены как не соответствующие действительности после открытия и исследования электромагнитного поля. Было доказано, что взаимодействие электрически заряженных тел не осуществляется мгновенно и перемещение одной заряженной частицы приводит к изменению сил, действующих на другие частицы, не в тот же момент, а спустя некоторое конечное время. В разделяющем частицы пространстве происходит некоторый процесс, который распространяется с конечной скоростью. Соответственно, имеется «посредник», осуществляющий взаимодействие между заряженными частицами. Этот посредник был назван электромагнитным полем. Каждая электрически заряженная частица создает электромагнитное поле, действующее на другие частицы. Скорость распространения электромагнитного поля равна скорости света в вакууме c=3 × 10¹⁰ см/с. Возникла новая концепция – близкодействия, которая позже была распространена и на любые другие взаимодействия. Согласно этой концепции взаимодействие между телами осуществляется посредством тех или иных полей, непрерывно распределенных в пространстве. Эта по существу полевая концепция в квантовой теории поля дополняется утверждением: при любом взаимодействии происходит обмен особыми частицами.

После появления квантовой теории поля представление о взаимодействии существенно изменилось. Согласно квантовой теории поля любое поле представляет собой совокупность частиц – квантов этого поля. Каждому полю соответствуют свои частицы. Например, квантами электромагнитного поля являются фотоны. Они обладают нулевой массой. Во многих случаях они регистрируются приборами в виде электромагнитной волны разной длины. Например, воспринимаемый невооруженным глазом видимый свет представляет собой электромагнитную волну в довольно узком диапазоне длин волн, соответствующем максимуму солнечного излучения. Аналогично другие виды взаимодействия возникают в результате обмена между частицами квантами соответствующих полей: переносчиками гравитационного взаимодействия являются гравитоны – частицы с нулевой массой; сильное взаимодействие передается глюонами – частицами, «склеивающими» кварки, входящие в состав протонов, нейтронов и других частиц; переносчиками слабого взаимодействия являются промежуточные, или векторные, бозоны.