СИСТЕМНЫЙ ЛИФТ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

В физике под взаимодействием понимают воздействие тел или частиц друг на друга, приводящее к изменению состояния их движения. Современная физика рассматривает передачу взаимодействия между телами посредством тех или иных полей, непрерывно распределенных в пространстве. Квантовая теория поля изменила представление о взаимодействии, указав, что любое поле имеет дискретную структуру, и каждому полю, согласно корпускулярно-волновому дуализму, должны соответствовать определенные частицы.

Представление о 4-х фундаментальных видах взаимодействия возникает у учащихся к концу изучения курсов физики и астрономии на основе обобщения частных проявлений тех или иных сил в природе, причем понятие поля трактуется не только с физической точки зрения, но и с философской - как форма существования материи. Однако зачастую перед любознательным ребенком необходимо развернуть физическую картину мира, с помощью которой можно было бы объяснить причины наблюдаемых в неживой природе изменений, значительно раньше.

Есть простой способ описания объектов, позволяющий вскрыть их структуру и окружение, а, следовательно, выявить связи и взаимодействия – это системный лифт (более подробно о системном лифте см. работу
: Белова Г.В., Драган Е.А., Нестеренко А.А. "Системный подход к работе с определением"
. - Сост.). Построив системный лифт для произвольного объекта неживой природы – физического тела - и проанализировав его с точки зрения размеров объекта и характера взаимодействия, можно получить первоначальное представление о 4-х фундаментальных взаимодействиях (или полях), так называемый системный лифт физических полей.

Все объекты, существующие во Вселенной, в зависимости от размера могут быть отнесены к одной из 3-х групп: мега-, макро- и микромиру. В качестве сравниваемого эталона можно взять габариты человека - порядка 10⁰ м. Поскольку мы анализируем взаимодействие, то под размером будем понимать не только пространственную протяженность самого объекта, но и расстояние между аналогичными объектами при взаимодействии. Тогда к мегамиру будут отнесены объекты, имеющие протяженность, превосходящую 10 ⁶ м, микромиру – с размерами менее 10 ^–6 м, а макрообъекты будут иметь габариты от 10 ^–6 м до 10 ⁶ м. Нужно указать на относительность названых границ и их подвижность в зависимости от контекста.

Электромагнитное взаимодействие ответственно за подавляющее большинство макроскопических свойств тела. Наиболее известные его проявления – кулоновские силы, обуславливающие существование атомов. Электромагнитное взаимодействие приводит как к притяжению, так и к отталкиванию частиц, имеет дальнодействующий характер и неограниченный радиус действия, подобно гравитационному взаимодействию и в отличие от сильного и слабого. Уже на атомных расстояниях ~ 10 ^–10 м электромагнитные силы на много порядков превосходят ядерные силы с радиусом действия ~ 10 ^–15 м. В электромагнитном взаимодействии участвуют только заряженные частицы и фотоны. По интенсивности и длительности протекания процессов электромагнитное взаимодействие занимает промежуточное положение между слабым и сильным взаимодействиями.

Самое первое по интенсивности – это сильное взаимодействие, проявляющееся как притяжение на очень малых расстояниях ~ 10 ^–15 м и действующее между нуклонами в ядре. В обычном стабильном веществе при не слишком высокой температуре сильное взаимодействие не вызывает никаких процессов и его роль сводится к созданию прочной связи между нуклонами в ядрах (энергия связи ~ 8 МэВ). Однако при столкновении ядер или нуклонов, обладающих достаточно высокой энергией, сильное взаимодействие приводит к многочисленным ядерным реакциям. Особо важную роль в природе играют реакции слияния (термоядерного синтеза, происходящие на Солнце и являющиеся основным источником используемой на Земле энергии).

Последнее 4-е фундаментальное взаимодействие значительно слабее сильного и электромагнитного, но сильнее гравитационного – это слабое взаимодействие. Оно характерно для всех элементарных частиц, кроме фотона. Это самое короткодействующее взаимодействие, радиус действия которого до сих пор не измерен, но его ожидаемое значение ~ 10 ^–18 м. Наиболее известные проявления слабого взаимодействия – это b - распад нейтронов и радиоактивных ядер, электронный захват, процесс взаимодействия нейтрино с веществом.