Основные характеристики взаимодействий

Вид взаимодействия	Уровень	Элементарные частицы	Переносчики	Радиус действия
Гравитационное	Мегауровень, макроуровень	Все элементарные частицы	Гравитоны	∞
Слабое	Микроуровень	Все частицы, кроме фотонов	Промежуточные векторные бозоны	<0,1·10-13 см
Электромагнитное	Микро-, макроуровни, даже на мегауровне	Кварки, электроны, мюоны, бозоны	Фотоны	∞
Сильное	Микроуровень	Барионы, мезоны	Глюоны	(0,1 – 1) 10-13 см

В порядке убывания интенсивности все виды фундаментальных взаимодействий располагаются следующим образом:

• сильное взаимодействие

• электромагнитное взаимодействие

• слабое взаимодействие

• гравитационное взаимодействие

Теорию сильного взаимодействия называют квантовой хромодинамикой. Ква́нтовая хромодина́мика (КХД) – калибровочная теория квантовых полей, описывающая сильное взаимодействие элементарных частиц кварков, обладающих дополнительными степенями свободы калибровочной группы, позже названными «цветовыми зарядами».

Согласно этой теории сильное взаимодей­ствие есть результат обмена глюонами, в результате чего обеспечивается связь кварков в адронах. Квантовая хромодинамика продолжает развиваться, и хотя ее нельзя пока счи­тать законченной концепцией сильного взаимодействия, тем не менее, эта физическая теория имеет прочную экспери­ментальную базу. Наряду с электрослабой теорией КХД составляет общепринятый в настоящее время теоретический фундамент физики элементарных частиц.

В современной физике продолжаются поиски единой теории, которая позволила бы объяснить все четыре типа фундаментальных взаимодействий. Создание подобной те­ории означало бы также построение единой концепции элементарных частиц. Этот проект получил название «Ве­ликое объединение». Основанием для убежденности, что такая теория возможна, является то обстоятельство, что на малых расстояниях (менее 10^-29 см) и при большой энер­гии (более 10¹⁴ ГэВ) электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия описываются одинаковым образом, что означает общность их природы. Однако этот вывод име­ет пока только теоретический характер, проверить его экс­периментально до сих пор не удалось.

14. Хаос и порядок

Хаос (греч. chaos – полный беспорядок, неразбериха). В древнегреческой мифологии – зияющая бездна, наполненная туманом и мраком, из которой произошло все сущее.

В трактовке хаоса присутствует интуиция воды. Фалес считал, что мир возник из воды. Отождествление хаоса с водяной стихией – это результат соединения с первообразом Океана, который является прародителем всего у Гомера.

Одним из первых эпосов о хаосе – сказание о Всемирном потопе. Воды хлынули из-под земли, вздувшись до горных вершин. Разрушительный ливень, буря, смерч, гроза, т.е. великая катастрофа. Потоп уничтожил почти весь человеческий род.

Хаос как беспорядочное буйство стихий все раскрывает, разверстывает, всему дает возможность выйти наружу. В этом качестве он выступает как основа мировой жизни, как нечто живое, животворное.

Хаос совмещает в себе принципы универсального порождения и универсального поглощения, является излюбленным образом античной философии на протяжении всей ее истории.

Хаос – это не только буйство слепых стихий, сумбур необузданных страстей и желаний, искушение абсурдным действием. Это еще рождение новых возможностей, их спонтанное появление в бурлящем, клокочущем вихре перемен.

Хаос – широко распространенное нелинейное явление, которое встречается во всех дисциплинах. Это реальное устойчивое явление.

Хаос возникает не только в искусственных системах, но и в любых системах, в том числе и в живых, где встречается нелинейность (рис. 29, 30).

Рис. 29. Упорядоченное и хаотичное расположение микротрубочек (по де Дюв К., 1987)	Рис. 30. Беспорядочное расположение волокон цитоскелета (по де Дюв К., 1987)

Проявление хаоса разнообразно:

1) турбулентные клубы сигаретного дыма;

2) водный след за судном на подводных крыльях;

3) вихреобразное образование по ходу плывущего судна;

4) «штопор» самолета при выходе из «пике»;

5) внезапная потеря управления космическим кораблем;

6) неожиданная выдача ЭВМ огромного потока случайных данных;

7) разрушительное действие компьютерного вируса;

8) возникновение фибрилляции сердца у больного;

9) случайное перемещение магнитных полюсов Земли за последнее тысячелетие

10) перемешивание воды (рис. 31, 32) и т.д.

Рис. 31. Весеннее и осеннее перемешивание воды	Рис. 32. Хаос горной речки

Хаос – это события, способные приводить к катастрофам.

Сообщения, о тех или иных проявлениях хаоса, встречаются почти во всех научных дисциплинах: астрономии, физике, биологии, биофизике, химии, машиноведении, геологии, медицине, математике, теории плазмы, общественных науках и т.д.

Причины хаоса. Выделяют ряд причин и обстоятельств, в результате которых происходит потеря устойчивости и переход к хаосу.

К их числу относятся:

1) шумы, внешние помехи, возмущающие факторы (хаос и шум часто отождествляют).

2) наличие большого числа степеней свободы, которыми обладает система в процессе своего функционирования.

3) достаточно сложная организация системы (например, хаос тропического леса, хаос водопада, рис. 32).

4) «эффект бабочки», суть которого сводится к тому, что нелинейные системы чрезвычайно чувствительны к начальным условиям и обладают свойством быстро разводить первоначально близкие траектории (мушка, летающая перед носом короля, принимающего важные решения, может вызвать изменения в целом государстве; горящая свеча и др.).

В XX в. физики доказали, что на макроуровне хаос выполняет функции генетического начала. Бесконечная «пляска» электронов во всем аналогична древнегреческому принципу спонтанного становления.

Э. Шредингер, один из создателей квантовой механики, пришел к выводу, что «могущественный порядок точных физических законов возникает из атомной и молекулярной неупорядоченности». Вдали от равновесия могут спонтанно возникать новые типы структур.

В сильно неравновесных условиях может совершаться переход от беспорядка, теплового хаоса, к порядку. Хаос может выступать как сверхсложная упорядоченность, а среда включает в себя необходимое для рождения огромное число упорядоченных структур разного типа, сколь угодно сложных и законченных.

Хаос – это наличие испорченного порядка. Беспорядок – это такое состояние, когда налицо много вещей, но нет основания отличать одну вещь от другой.

Порядок есть не что иное, как различимое отношение совокупности вещей. Говоря о неупорядоченном состоянии, имеют в виду идеал порядка, который в данном случае не реализуется. Случайное распределение – признаки, характеризующие хаосомность.