лекция2_1

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

1.Представление о взаимодействии 1.1 Дальнодействие 1.2 Близкодействие

2.Типы фундаментальных взаимодействий 2.1 Гравитационное 2.2 Электромагнитное 2.3 Сильное 2.4 Слабое

1. Представление о взаимодействии

Взаимодействие в физике - это взаимодействие тел или частиц друг на друга, приводящее к изменению состояния их движения. В механике Ньютона взаимное действие тел друг на друга характеризуется силой. Более общей характеристикой взаимодействия является потенциальная энергия.

1.1 Дальнодействие

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. В этом состояла так называемая концепция дальнодействия.

Согласно теории дальнодействия одно тело действует на другое непосредственно через пустоту, и это действие передается мгновенно.

1.2 Близкодействие

Взаимодействие электрически заряженных тел

осуществляется не мгновенно и перемещение одной заряженной частицы приводит к изменению сил, действующих на другие частицы, не в тот же момент, а спустя 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. Так возникла новая концепция - близкодействие, которая позже была распространена и на другие взаимодействия.

Теория близкодействия утверждает, что любое взаимодействие осуществляется с помощью промежуточных агентов и распространяется с конечной скоростью.

2. Типы фундаментальных взаимодействий

Согласно квантовой теории поля, любое поле представляет собой совокупность частиц - квантов этого поля. Каждому полю соответствуют свои частицы. Эти частицы являются переносчиками взаимодействия.

Взаимодействие возникает в результате обмена между частицами квантами соответствующих полей.

Интенсивность взаимодействия принято характеризовать с помощью, так называемой константы взаимодействия. Константа взаимодействия - это безразмерный параметр,

определяющий интенсивность взаимодействия частиц или полей. В настоящее время науке известны четыре фундаментальных вида взаимодействия: гравитационное,

электромагнитное, сильное и слабое. Фундаментальные взаимодействия по величине

относительной интенсивности (от большей к меньшей) располагаются в следующем порядке: сильное ядерное,

электромагнитное, слабое ядерное, гравитационное.

2.1 Гравитационное взаимодействие

Константа взаимодействия имеет значение порядка 10-39. Радиус действия не ограничен (r= ).

Гравитационное взаимодействие является универсальным, ему подвержены все без исключения элементарные частицы. Однако в процессах микромира гравитационное взаимодействие ощутимой роли не играет, оно доминирует в небесной механике.

Формально гравитационное взаимодействие - самое слабое из четырех фундаментальных взаимодействий.

Сила взаимодействия двух точечных масс определяется согласно закону Всемирного тяготения:

Fg G m1m2 2 , r

По современным представлениям любое взаимодействие - это обмен виртуальными или реальными частицами. Для гравитационного взаимодействия вопрос о частицах еще полностью не решен.

В теории супергравитации частицами-переносчиками названы гравитоны. Гравитон - гипотетическая электрически нейтральная частица с нулевой массой покоя, квант гравитационного поля, свободный гравитон распространяется в вакууме со скоростью света, относится гравитон к группе бозонов.

Важнейшее свойство гравитационного поля состоит в том, что оно определяет геометрию пространствавремени, в котором движется материя. Геометрия мира не может быть задана изначально и изменяется при движении материи, создающей гравитационное поле. Ученые предполагают, что гравитация является причиной появления таких удивительных объектов, как "чёрные дыры".

Свет теряет и приобретает энергию, пролетая через гравитационное поле, искривляет свой путь в гравитационном поле.

Гравитация управляет движением галактик так же, как искусственными спутниками, объясняет природу морских приливов.

Ученые уверены, что тяготение или гравитация тесно связано с фундаментальным свойством вещества –

инерцией – и что вместе они управляют законами эволюции Вселенной.

2.2 Электромагнитное взаимодействие

Константа взаимодействия равна 10-2. Радиус действия не ограничен (r = ).

Электромагнитное взаимодействие возникает между частицами, имеющими электрические заряды (кулоновское взаимодействие заряженных частиц, процессы рождения электронов и позитронов гамма-

квантами и т.д.). Переносчиком электромагнитного взаимодействия является квант электромагнитного поля -

фотон, элементарная частица, самая распространённая во Вселенной. Электромагнитное взаимодействие, в

частности, ответственно за существование атомов и молекул, обуславливая взаимодействие в них положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов.

Взаимодействие между покоящимися зарядами осуществляется через электрическое поле. Всякий заряд изменяет свойства окружающего его пространства – создает в нем электрическое поле. Это поле проявляет себя в том, что помещенный в какую-либо его точку электрический заряд оказывается под действием силы. По величине силы, действующей на данный заряд,

можно судить об "интенсивности" поля.

Величиной, характеризующей электрическое поле является напряженность, векторная величина равная отношению силы действующей со стороны поля на заряд к этому заряду.

E F . q

Направление вектора E совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Если заряды движутся, а движущиеся заряды называются током, то взаимодействие осуществляется через поле называемое магнитным.

Магнитное поле имеет направленный характер и характеризуется векторной величиной называемой

магнитной индукцией B . Магнитная индукция –

основная силовая характеристика магнитного поля.

Движущиеся заряды изменяют свойства окружающего их пространства – создают в нем магнитное поле. Это поле проявляется в том, что на движущиеся в нем заряды действуют силы.