Электромагнитное взаимодействие

Гравитационное взаимодействие

Фундаментальные взаимодействия в природе

Фундаментальные взаимодействия лежат в основе всех других известных взаимодействий во Вселенной. В настоящее время различают четыре типа взаимодействий: гравитационное взаимодействие, имеющее универсальный характер, электромагнитное взаимодействие, участвующее в генерации любого электромагнитного излучения и связывающее атомы и молекулы, образуя все известные вещества, слабое взаимодействие, ответственное за радиоактивный распад и проявляющееся внутри атомных ядер, сильное ядерное взаимодействие, удерживающее протоны и нейтроны внутри атомного ядра.

Гравитационное взаимодействие характерно для всех материальных объектов вне зависимости от их природы. Оно заключается во взаимном притяжении тел и определяется фундаментальным законом всемирного тяготения: между двумя точечными телами действует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Гравитационным взаимодействием определяется падение тел в поле сил тяготения Земли. Законом всемирного тяготения описывается движение планет Солнечной системы, а также других макрообъектов. Предполагается, что гравитационное взаимодействие передается квантами гравитационного поля – гравитонами.

Гравитационные силы носят универсальный характер: всякая частица находится под действием гравитационной силы, величина которой зависит от массы или энергии частицы. Гравитационные силы действуют на очень больших расстояниях и являются силами притяжения. Слабые гравитационные силы взаимодействия отдельных частиц в двух телах большого размера, таких, например, как Земля и Солнце, дают в сумме большую силу. Гравитационные силы при уменьшении расстояний возрастают очень медленно. Преобладающими они становятся лишь в фантастически малых интервалах меньше 10^–32 см, которые остаются пока еще недоступными для экспериментального исследования. С помощью эксперимента сейчас удается “просматривать” расстояния, близкие к 10 ^–16 см.

Электромагнитное взаимодействие создается электромагнитными силами, которые действуют между электрически заряженными частицами, и играют решающую роль при образовании молекул, химических соединений, кристаллов.

Электромагнитное взаимодействие связано с электрическими и магнитными полями. Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, а магнитное поле – при их движении. В природе существуют как положительные, так и отрицательные заряды, в силу чего электростатическое взаимодействие между заряженными телами в зависимости от знака заряда сводится либо к притяжению, либо к отталкиванию. При движении зарядов в зависимости от их знака и направления движения между ними возникает либо притяжение, либо отталкивание. Различные агрегатные состояния вещества, явление трения, упругие и другие свойства вещества определяются преимущественно силами межмолекулярного взаимодействия, которое по своей природе является электромагнитным.

Электромагнитное взаимодействие описывается фундаментальными законами электростатики и электродинамики: законом Кулона, законом Ампера и др. Его наиболее общее описание дает электромагнитная теория Максвелла, основанная на фундаментальных уравнениях, связывающих электрическое и магнитное поля.

Благодаря электромагнитным связям возникают атомы, молекулы и макроскопические тела. Все химические реакции представляют собой проявление электромагнитных взаимодействий, являются результатом перераспределения связей между атомами в молекулах, перестройки электронных оболочек атомов и молекул, а также их количества и состава атомов в молекулах разных веществ.

Электромагнитное взаимодействие гораздо сильнее гравитационного, но из-за существования положительных и отрицательных зарядов, силы притяжения и отталкивания в таких больших телах, как Солнце и Земля практически компенсируют друг друга. Однако в малых масштабах атомов и молекул электромагнитные силы доминируют. Сила кулоновского, электрического отталкивания двух электронов в 10⁴² раз больше величины их гравитационного притяжения. Если представить, что электромагнитные силы, “притягивающие” электроны к атомному ядру, ослабеют до уровня гравитационных, то атом водорода стал бы больше видимой нами части Вселенной.

Дата добавления: 2014-11-16