Распад нейтрона. Четыре фундаментальных взаимодействия. Попытки формирования единой теории поля

Во времена Ньютона была известно лишь одна сила, действующая на расстоянии без видимых посредников – гравитация. С развитием теории электричества были открыты кулоновские (электростатические) силы и затем магнитные. С самого начала чувствовалось наличие связи между электричеством и магнетизмом, доказанной Фарадеем, открывшим явление электромагнитной индукции. Окончательно эта связь оформилась в уравнениях Максвелла, после чего мы перестали разделять электричество и магнетизм и стали говорить об электромагнитных силах, как о едином явлении. С развитием теории атомного ядра к гравитации и электромагнетизму добавилась третья сила, ядерная, получившая название сильного взаимодействия. Затем было открыты еще и так называемые слабые ядерные силы, после чего система фундаментальных взаимодействий свелась к четырем компонентам: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.

Открытие слабого взаимодействия связано с явлением распада нейтрона, названного -распадом. Нейтрон является очень нестабильной частицей. Время его жизни в свободном состоянии составляет около 15 минут, после чего он распадается, порождая протон, электрон и нейтрино с выделением заметного количества энергии. Почему-то природе выгодно иметь именно заряженные частицы, время жизни которых оценивается миллиардами лет. В -распаде проявляется новая и чрезвычайно слабая сила, которую назвали слабым взаимодействием. Следует отметить, что в составе атомного ядра нейтрон может существовать практически неограниченно долго. Природа часто соединяет неустойчивые элементы в какую-то устойчивую систему, в рамках которой данные элементы могут существовать долгое время.

Наличие в природе всего четырех фундаментальных сил порождает в науке идею объединить все эти силы в рамках одной «суперсилы», из которой в качестве частных проявлений следовали бы все остальные силы. Поиск такой силы был начат еще Эйнштейном, пытавшимся построить единую теорию поля, объединив гравитацию и электромагнетизм на основе общей теории относительности, то есть на основе геометрической модели поля (геометрия Минковского). Эйнштейну это сделать не удалось. Однако уже в 60-х годах XX века было показано, что математически слабое ядерное взаимодействие можно объединить с электромагнетизмом. В 1983 г. данная теория нашла экспериментальное подтверждение. К этому времени теоретики выдвинули более амбициозную теорию, объединяющую с электромагнетизмом и слабым взаимодействием еще и сильное ядерное взаимодействие. Одновременно были получены результаты в области гравитации, показывающие, каким образом гравитационное взаимодействие можно было бы объединить с другими типами взаимодействий.

В настоящее время имеется уже множество попыток построить теорию великого объединения всех типов взаимодействий. Так согласно одной из гипотез мы живем в одиннадцатимерной Вселенной. Невидимые нам восемь дополнительных измерений проявляются как силы. Из этой теории следует, что силовых полей вообще нет, а существует только свернутое определенным образом пустое одиннадцатимерное пространство-время. Мир, возможно, построен из ничего, наделенного структурой, а сила и вещество – лишь проявления пространства и времени.

Дата добавления: 2014-01-07