Взаимодействие в физике

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ в физике, воздействие тел, полей 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. 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.

Однако данные представления были признаны не соответствующими действительности после открытия и исследования электромагнитного поля. Было доказано, что взаимодействия 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, распространяющийся с конечной скоростью. Соответственно имеется «посредник», осуществляющий взаимодействия между заряженными частицами. Этот посредник был назван электромагнитным полем. Каждая электрически заряженная частица создаёт электромагнитное поле, действующее на другие частицы. Скорость распространения электромагнитного поля равна скорости света в вакууме ≈ 3?10⁸ м/с. Возникла новая концепция - близкодействия, которая позднее была распространена и на любые другие взаимодействия. Согласно этой концепции, взаимодействие между телами осуществляется посредством тех или иных полей, непрерывно распределённых в пространстве. Так, всемирное тяготение осуществляется гравитационным полем.

После появления квантовой теории поля (КТП) представление о взаимодействии существенно изменилось. Согласно КТП, любое поле представляет собой совокупность частиц - квантов этого поля. Каждому полю соответствуют свои частицы. Например, квантами электромагнитного поля являются фотоны, т. е. фотоны являются переносчиками этого взаимодействия. Аналогично другие виды взаимодействий возникают в результате обмена квантами соответствующих полей между частицами.

Несмотря на разнообразие воздействий тел друг на друга (зависящих от взаимодействия слагающих их элементарных частиц), в природе, по современным данным, имеется лишь 4 типа фундаментальных взаимодействий. Это (в порядке возрастания интенсивности взаимодействий): гравитационное взаимодействие, слабое взаимодействие (отвечающее за большинство распадов и многих превращений элементарных частиц), электромагнитное взаимодействие, сильное взаимодействие (обеспечивающее, в частности, связь частиц в атомных ядрах и поэтому часто называемое ядерным). Интенсивность взаимодействия определяется соответствующей константой взаимодействия (константой связи). Так, для электромагнитного взаимодействия константой связи является электрический заряд. Квантовая теория электромагнитного взаимодействия - квантовая электродинамика - превосходно описывает все известные электромагнитные явления. Слабое взаимодействие осуществляется посредством промежуточных векторных бозонов. Найдена глубокая связь слабого взаимодействия с электромагнитным, что привело к их объединению в электрослабое взаимодействие. В основе сильного взаимодействия, по современным представлениям, лежит взаимодействие между составными частями адронов - кварками. Это взаимодействие, переносчиками которого служат глюоны, определяется особой константой взаимодействия - цветом и описывается квантовой хромодинамикой. Взаимодействие адронов друг с другом представляет собой лишь остаточный эффект межкварковых сил, подобно тому как межатомные силы - остаточный эффект электромагнитного взаимодействия электронов и атомных ядер. Делаются попытки объединения слабого, электромагнитного и сильного взаимодействия (модели так называемого Великого объединения), а также всех видов взаимодействий, включая гравитационное (смотри Супергравитация).

Г. Я. Мякишев.