სამყაროს მთავარი ძალები. ფუნდამენტური ძალები 4 ფუნდამენტური ძალა

ბუნებაში არსებობს მრავალი სხვადასხვა ტიპის ძალები: გრავიტაცია, გრავიტაცია, ლორენცი, ამპერი, ფიქსირებული მუხტების ურთიერთქმედება და ა. თანამედროვე ფიზიკა თვლის, რომ ბუნებაში არსებობს მხოლოდ ოთხი ტიპის ძალები ან ოთხი ტიპის ურთიერთქმედება:

1) გრავიტაციული ურთიერთქმედება (მიმდინარეობს გრავიტაციული ველების მეშვეობით);

2) ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება (განხორციელებული მეშვეობით ელექტრომაგნიტური ველები);

3) ბირთვული (ან ძლიერი) (უზრუნველყოფს ბირთვში ნაწილაკების შეერთებას);

4) სუსტი (პასუხისმგებელია ელემენტარული ნაწილაკების დაშლის პროცესებზე).

კლასიკური მექანიკის ფარგლებში, საქმე ეხება გრავიტაციულ და ელექტრომაგნიტურ ძალებს, ასევე დრეკად ძალებს და ხახუნის ძალებს.

1. სიმძიმის ძალა. ეს არის ძალა, რომლითაც ორი მატერიალური სხეული ერთმანეთს იზიდავს. გრავიტაციული ძალა დამოკიდებულია მანძილზე და მასის მქონე ორ მატერიალურ წერტილზე t 1და t 2მანძილზე მდებარეობს რერთმანეთისგან გამოიხატება თანასწორობით

F \u003d G m 1 m 2 / r 2, (3)

სადაც გ- გრავიტაციული მუდმივი (SI-ში გ\u003d 6.673 10 -11 მ 3 / კგ ს 2).

2. გრავიტაცია. ეს მუდმივი ძალაა , მოქმედებს ნებისმიერ სხეულზე დედამიწის ზედაპირთან ახლოს. ცხადია, რომ ეს ძალა არის უნივერსალური გრავიტაციული ძალის განსაკუთრებული შემთხვევა

F T \u003d G mM / R 2,(4)

სადაც მ- სხეულის მასა, მდა რარის დედამიწის მასა და რადიუსი. ღირებულება

g \u003d G M / R 2

დაურეკა აჩქარება თავისუფალი ვარდნა . მერე

F T = მგ. (5)

გრავიტაცია, მაგნიტუდის მსგავსი გ,იცვლება ზღვის დონიდან გრძედისა და სიმაღლის ცვლილებით, ხოლო მასა არის მუდმივი მნიშვნელობა მოცემული სხეულისთვის. პრობლემების უმეტესობის გადაჭრისას, გ = 9.8 მ/წმ 2.

მოცემული სხეულის მასის ექსპერიმენტულად დასადგენად, შეიძლება გამოვიდეს თანასწორობიდან (1), სადაც მასა შედის ინერციის საზომად და ამიტომ მას ინერციულ მასას უწოდებენ. თუმცა, შეიძლება გამოვიდეს თანასწორობიდან (4), სადაც მასა შედის სხეულის გრავიტაციული თვისებების საზომად და, შესაბამისად, გრავიტაციულ მასას უწოდებენ. პრინციპში, არსად არ გამომდინარეობს, რომ ინერციული და გრავიტაციული მასები ერთი და იგივე სიდიდეა. თუმცა, არაერთმა ექსპერიმენტმა დაადგინა, რომ ორივე მასის მნიშვნელობები ემთხვევა სიზუსტის ძალიან მაღალ ხარისხს. ამიტომ, მექანიკაში ისინი იყენებენ ერთ ტერმინს "მასას", რაც განსაზღვრავს მასას, როგორც სხეულის ინერციის რაოდენობრივ საზომს და მის გრავიტაციულ თვისებებს.

3. Სხეულის წონა. ეს არის ძალა პ, რომლითაც სხეული მოქმედებს საყრდენზე ან შეჩერებაზე. არ აურიოთ სხეულის წონა და სიმძიმე, რადგან ისინი გამოიყენება სხვადასხვა სხეულზე. გარდა ამისა, P = F T = მგმხოლოდ დასვენების ან სწორი ერთგვაროვანი მოძრაობა. პრობლემების გადაჭრისას R,ჩვეულებრივ გვხვდება ნიუტონის მესამე კანონის მიხედვით.

4. ელასტიური ძალა.

ეს ძალა წარმოიქმნება სხეულების ურთიერთქმედების შედეგად, რომელსაც თან ახლავს მათი დეფორმაცია. იგი პროპორციულია დეფორმაციის მოცულობისა და მიმართულია დეფორმაციის წინააღმდეგ.

კერძოდ, ამისთვის გაზაფხულის ძალა

F=k , (7)

სად არის ზამბარის გაფართოება (ან შეკუმშვა), კ-ზამბარის მუდმივი (SI-ში ის იზომება N/m-ში).

დამხმარე რეაქციის ძალა.იგი მიმართულია საერთო ნორმალურის გასწვრივ სხეულების ზედაპირებზე, რომლებიც შეხების წერტილშია და გამოიყენება ამ წერტილში (ნახ. 6a). როდესაც ერთ-ერთი კონტაქტური ზედაპირი არის წერტილი (ნახ. 6, ბ), მაშინ რეაქცია მიმართულია ნორმალურის გასწვრივ მეორე ზედაპირზე.

სურ.6 ნახ.7

ძაფის დაჭიმვის ძალა . მიმართულია ძაფის გასწვრივ მისი შეჩერების წერტილამდე(ნახ. 7).

5. ხახუნის ძალა. ასე მოკლედ ეძახდნენ მოცურების ხახუნის ძალა,მოქმედებს (თხევადი შეზეთვის არარსებობის შემთხვევაში) მოძრავ სხეულზე. მისი მოდული განისაზღვრება თანასწორობით

სადაც µ - ხახუნის კოეფიციენტი, რომელიც ხშირად განიხილება მუდმივი. ნ- ნორმალური რეაქცია. მოძრაობის წინააღმდეგ მიმართული.

6.სტატიკური ხახუნის ძალა- ეს არის ძალა, რომელიც მოქმედებს კონტაქტურ სხეულებს შორის, რომლებიც მოსვენებულ მდგომარეობაში არიან, სიდიდით თანაბარი და საპირისპირო იმ ძალისა, რომელიც აიძულებს სხეულს გადაადგილდეს.

სრიალამდე სტატიკური ხახუნის ძალას შეიძლება ჰქონდეს ნებისმიერი მიმართულება და მიიღოს ნებისმიერი მნიშვნელობა ნულიდან მაქსიმალურ სიდიდემდე, რომლის დროსაც ხდება სრიალება: .

სტატიკური ხახუნის ძალა, რომელიც ტოლია გარე ძალის აბსოლუტური მნიშვნელობით, რომლითაც იწყება მოცემული სხეულის ცურვა სხვის ზედაპირზე, ე.წ. მაქსიმალური სტატიკური ხახუნის ძალა.

ფრანგმა ფიზიკოსებმა გ.ამონტონმა და ჩ.კულომმა დაადგინეს, რომ: სტატიკური ხახუნის მაქსიმალური ძალა საყრდენის რეაქციის ძალის პროპორციულია (ნორმალური წნევა) და არ არის დამოკიდებული ხახუნის სხეულების კონტაქტზე.

სადაც m0- სტატიკური ხახუნის კოეფიციენტი, დამოკიდებულია კონტაქტური სხეულების ფიზიკურ ბუნებაზე და

7. მოძრავი ხახუნის ძალა.როდესაც სხეული მეორის ზედაპირზე ტრიალებს, წარმოიქმნება სპეციალური ძალა - მოძრავი ხახუნის ძალა, რომელიც ხელს უშლის სხეულის გორვას. მოძრავი ეკლის ძალა შეხება სხეულების იგივე მასალებთან ყოველთვის ნაკლებია მოცურების ეკლის ძალაზე. ეს გამოიყენება პრაქტიკაში, ცვლის უბრალო საკისრებს ბურთით ან როლიკებით. კულონი ემპირიულად დადგენილია R: რადიუსის მოძრავი ცილინდრისთვის, სადაც m K არის მოძრავი ხახუნის კოეფიციენტი, რომლის მნიშვნელობა მცირდება მასალის სიხისტისა და ზედაპირის უხეშობის მატებასთან ერთად. მოძრავი რგოლისთვის.

8. ბლანტი ხახუნის ძალა. სიჩქარეზე დამოკიდებული ასეთი ძალა მოქმედებს სხეულზე მისი ნელი მოძრაობის დროს ძალიან ბლანტი გარემოში (ან თხევადი საპოხი მასალის თანდასწრებით) და შეიძლება გამოიხატოს თანასწორობით.

R=,(8)

სადაც υ - სხეულის სიჩქარე, - წევის კოეფიციენტი.

9. აეროდინამიკური ძალა(ჰიდროდინამიკური) წინააღმდეგობა. ეს ძალა ასევე დამოკიდებულია სიჩქარეზე და მოქმედებს სხეულზე, რომელიც მოძრაობს ისეთ გარემოში, როგორიცაა ჰაერი ან წყალი. როგორც წესი, მისი ღირებულება გამოიხატება თანასწორობით

R \u003d 0.5c x Sυ 2,

სად არის საშუალო სიმკვრივე; ს- სხეულის პროექციის ფართობი სიბრტყეზე მოძრაობის მიმართულების პერპენდიკულარულ სიბრტყეზე (შუა გემის უბანი), x-თან ერთად- განზომილებიანი წევის კოეფიციენტი, რომელიც ჩვეულებრივ განისაზღვრება ექსპერიმენტულად და დამოკიდებულია სხეულის ფორმაზე და იმაზე, თუ როგორ არის ის ორიენტირებული მოძრაობის დროს.

ელასტიური ძალები და ხახუნის ძალები განისაზღვრება ელექტრომაგნიტური წარმოშობის ნივთიერების მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ბუნებით. აქედან გამომდინარე, ისინი თავიანთი ბუნებით ელექტრომაგნიტური წარმოშობისაა. გრავიტაციული და ელექტრომაგნიტური ძალები ფუნდამენტურია - მათი შემცირება სხვა, უფრო მარტივ ძალებზე შეუძლებელია. ელასტიური ძალები და ხახუნის ძალები არ არის ფუნდამენტური.

2.3. გალილეის გარდაქმნები.

მაღალი ენერგიის ფიზიკის თანამედროვე მიღწევები სულ უფრო აძლიერებს აზრს, რომ ბუნების თვისებების მრავალფეროვნება განპირობებულია ელემენტარული ნაწილაკებით ურთიერთქმედებით. აშკარად შეუძლებელია ელემენტარული ნაწილაკების არაფორმალური განმარტების მიცემა, ვინაიდან ჩვენ ვსაუბრობთმატერიის ყველაზე ძირითადი ელემენტების შესახებ. ხარისხობრივ დონეზე შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ფიზიკურ ობიექტებს, რომლებსაც არ აქვთ შემადგენელი ნაწილები, ჭეშმარიტ ელემენტარულ ნაწილაკებს უწოდებენ.
ცხადია, ფიზიკური ობიექტების ელემენტარულობის საკითხი, პირველ რიგში, ექსპერიმენტული საკითხია. მაგალითად, ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ მოლეკულებს, ატომებს, ატომის ბირთვებს აქვთ შიდა სტრუქტურა, რომელიც მიუთითებს შემადგენელი ნაწილების არსებობაზე. ამიტომ ისინი არ შეიძლება ჩაითვალოს ელემენტარულ ნაწილაკებად. ახლახან გაირკვა, რომ ნაწილაკებს, როგორიცაა მეზონები და ბარიონები, ასევე აქვთ შიდა სტრუქტურა და, შესაბამისად, არ არიან ელემენტარული. ამავდროულად, ელექტრონის შიდა სტრუქტურა არასოდეს დაფიქსირებულა და, შესაბამისად, ის შეიძლება ელემენტარულ ნაწილაკებს მივაწეროთ. ელემენტარული ნაწილაკების კიდევ ერთი მაგალითია სინათლის კვანტი – ფოტონი.
თანამედროვე ექსპერიმენტული მონაცემები მიუთითებს, რომ არსებობს მხოლოდ ოთხი თვისობრივად განსხვავებული ტიპის ურთიერთქმედება, რომელშიც ელემენტარული ნაწილაკები მონაწილეობენ. ამ ურთიერთქმედებებს ეწოდება ფუნდამენტური, ანუ ყველაზე ძირითადი, საწყისი, პირველადი. თუ გავითვალისწინებთ ჩვენს გარშემო არსებული სამყაროს თვისებების მთელ მრავალფეროვნებას, სრულიად გასაკვირი ჩანს, რომ ბუნებაში მხოლოდ ოთხი ფუნდამენტური ურთიერთქმედებაა პასუხისმგებელი ბუნების ყველა ფენომენზე.
გარდა ხარისხობრივი განსხვავებებისა, ფუნდამენტური ურთიერთქმედება განსხვავდება რაოდენობრივად ზემოქმედების სიძლიერის თვალსაზრისით, რაც ხასიათდება ტერმინით ინტენსივობა. ინტენსივობის მატებასთან ერთად ფუნდამენტური ურთიერთქმედებები განლაგებულია შემდეგი თანმიმდევრობით: გრავიტაციული, სუსტი, ელექტრომაგნიტური და ძლიერი. თითოეულ ამ ურთიერთქმედებას ახასიათებს შესაბამისი პარამეტრი, რომელსაც ეწოდება დაწყვილების მუდმივი, რომლის რიცხვითი მნიშვნელობა განსაზღვრავს ურთიერთქმედების ინტენსივობას.
როგორ ახორციელებენ ფიზიკური ობიექტები ერთმანეთთან ფუნდამენტურ ურთიერთქმედებას? ხარისხობრივად, ამ კითხვაზე პასუხი ასეთია. ფუნდამენტური ურთიერთქმედება ხორციელდება კვანტებით. ამავდროულად, კვანტურ ველში ფუნდამენტური ურთიერთქმედებები შეესაბამება შესაბამის ელემენტარულ ნაწილაკებს, რომლებსაც ელემენტარული ნაწილაკები - ურთიერთქმედების მატარებლები ეწოდება. ურთიერთქმედების პროცესში ფიზიკური ობიექტი გამოყოფს ნაწილაკებს - ურთიერთქმედების მატარებლებს, რომლებსაც სხვა ფიზიკური ობიექტი შთანთქავს. ეს იწვევს იმ ფაქტს, რომ ობიექტები თითქოს გრძნობენ ერთმანეთს, მათ ენერგიას, მოძრაობის ბუნებას, მდგომარეობის ცვლილებას, ანუ განიცდიან ურთიერთგავლენას.
თანამედროვე მაღალი ენერგიის ფიზიკაში გაერთიანების იდეა ფუნდამენტური ურთიერთქმედება. გაერთიანების იდეების თანახმად, ბუნებაში არსებობს მხოლოდ ერთი ფუნდამენტური ურთიერთქმედება, რომელიც ვლინდება კონკრეტულ სიტუაციებში, როგორც გრავიტაციული, ან სუსტი, ან ელექტრომაგნიტური, ან ძლიერი, ან როგორც მათი რომელიმე კომბინაცია. გაერთიანების იდეების წარმატებით განხორციელება იყო ელექტრომაგნიტური და სუსტი ურთიერთქმედების უკვე სტანდარტული ერთიანი თეორიის შექმნა. მიმდინარეობს მუშაობა ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი ურთიერთქმედების ერთიანი თეორიის შემუშავებაზე, რომელსაც ეწოდება დიდი გაერთიანების თეორია. მიმდინარეობს ოთხივე ფუნდამენტური ურთიერთქმედების გაერთიანების პრინციპის პოვნის მცდელობა. ჩვენ თანმიმდევრულად განვიხილავთ ფუნდამენტური ურთიერთქმედების ძირითად გამოვლინებებს.

გრავიტაციული ურთიერთქმედება

ეს ურთიერთქმედება ბუნებით უნივერსალურია, მასში მონაწილეობს ყველა სახის მატერია, ბუნების ყველა ობიექტი, ყველა ელემენტარული ნაწილაკი! გრავიტაციული ურთიერთქმედების ზოგადად მიღებული კლასიკური (არა კვანტური) თეორია არის აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორია. გრავიტაცია განსაზღვრავს პლანეტების მოძრაობას ვარსკვლავურ სისტემებში, თამაშობს მნიშვნელოვანი როლივარსკვლავებში მიმდინარე პროცესებში ის აკონტროლებს სამყაროს ევოლუციას, მიწიერ პირობებში იგი ვლინდება როგორც ურთიერთმიზიდულობის ძალა. რა თქმა უნდა, ჩვენ ჩამოვთვალეთ მხოლოდ მცირე რაოდენობის მაგალითები გრავიტაციის ეფექტების უზარმაზარი სიიდან.
ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მიხედვით, გრავიტაცია დაკავშირებულია სივრცე-დროის გამრუდებასთან და აღწერილია ე.წ. რიმანის გეომეტრიით. ამჟამად, გრავიტაციის შესახებ ყველა ექსპერიმენტული და დაკვირვების მონაცემი ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ფარგლებში ჯდება. თუმცა, მონაცემები ძლიერი გრავიტაციული ველების შესახებ არსებითად არ არსებობს, ამიტომ ამ თეორიის ექსპერიმენტული ასპექტები ბევრ კითხვას ბადებს. ეს სიტუაცია იწვევს გრავიტაციის სხვადასხვა ალტერნატიული თეორიების გაჩენას, რომელთა პროგნოზები პრაქტიკულად არ განსხვავდება ფარდობითობის ზოგადი თეორიის პროგნოზებისგან ფიზიკურ ეფექტებზე. მზის სისტემა, მაგრამ იწვევს სხვა შედეგებს ძლიერ გრავიტაციულ ველებში.
თუ ჩვენ უგულებელვყოფთ ყველა რელატივისტურ ეფექტს და შემოვიფარგლებით სუსტი სტაციონარული გრავიტაციული ველებით, მაშინ ფარდობითობის ზოგადი თეორია დაიყვანება უნივერსალური გრავიტაციის ნიუტონის თეორიამდე. ამ შემთხვევაში, როგორც ცნობილია, ორი წერტილის ნაწილაკების ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია m 1 და m 2 მასებით მოცემულია მიმართებით

სადაც r არის მანძილი ნაწილაკებს შორის, G არის ნიუტონის გრავიტაციული მუდმივა, რომელიც ასრულებს გრავიტაციული ურთიერთქმედების მუდმივის როლს. ეს ურთიერთობა აჩვენებს, რომ პოტენციური ურთიერთქმედების ენერგია V(r) არ არის ნულოვანი ნებისმიერი სასრული r-ისთვის და ნულამდე ეცემა ძალიან ნელა. ამ მიზეზით, გრავიტაციული ურთიერთქმედება ითვლება შორ მანძილზე.
ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მრავალი ფიზიკური წინასწარმეტყველებიდან ჩვენ აღვნიშნავთ სამს. თეორიულად დადგენილია, რომ გრავიტაციულ აშლილობას შეუძლია სივრცეში გავრცელდეს გრავიტაციული ტალღების სახით. სუსტი გრავიტაციული პერტურბაციების გავრცელება მრავალი თვალსაზრისით ელექტრომაგნიტური ტალღების მსგავსია. მათი სიჩქარე სინათლის სიჩქარის ტოლია, მათ აქვთ პოლარიზაციის ორი მდგომარეობა, ახასიათებთ ჩარევის და დიფრაქციის ფენომენები. თუმცა, გრავიტაციული ტალღების მატერიასთან უკიდურესად სუსტი ურთიერთქმედების გამო, მათი პირდაპირი ექსპერიმენტული დაკვირვება ჯერ კიდევ არ არის შესაძლებელი. მიუხედავად ამისა, ზოგიერთი ასტრონომიული დაკვირვების მონაცემები ორობით ვარსკვლავურ სისტემებში ენერგიის დაკარგვაზე მიუთითებს ბუნებაში გრავიტაციული ტალღების შესაძლო არსებობაზე.
ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ფარგლებში ვარსკვლავების წონასწორობის პირობების თეორიული შესწავლა აჩვენებს, რომ გარკვეულ პირობებში საკმარისად მასიურმა ვარსკვლავებმა შეიძლება კატასტროფულად შემცირდეს. ეს შესაძლებელია ვარსკვლავის ევოლუციის საკმაოდ გვიან ეტაპებზე, როდესაც ვარსკვლავის სიკაშკაშეზე პასუხისმგებელი პროცესებით გამოწვეული შიდა წნევა ვერ ახერხებს ვარსკვლავის შეკუმშვისკენ მიდრეკილი გრავიტაციული ძალების წნევას. შედეგად, შეკუმშვის პროცესს ვერაფერი შეაჩერებს. აღწერილ ფიზიკურ ფენომენს, რომელიც თეორიულად იწინასწარმეტყველეს ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ფარგლებში, ეწოდა გრავიტაციული კოლაფსი. კვლევებმა აჩვენა, რომ თუ ვარსკვლავის რადიუსი უფრო მცირე ხდება, ვიდრე ე.წ

Rg \u003d 2GM / c 2,

სადაც M არის ვარსკვლავის მასა და c არის სინათლის სიჩქარე, მაშინ გარე დამკვირვებლისთვის ვარსკვლავი გადის. ამ ვარსკვლავში მიმდინარე პროცესების შესახებ ინფორმაცია გარე დამკვირვებელს ვერ მიაღწევს. ამ შემთხვევაში ვარსკვლავზე დაცემული სხეულები თავისუფლად კვეთენ გრავიტაციულ რადიუსს. თუ დამკვირვებელი იგულისხმება, როგორც ასეთი სხეული, მაშინ ის ვერაფერს შეამჩნევს, გარდა გრავიტაციის ზრდისა. ამრიგად, არის სივრცის რეგიონი, სადაც შეიძლება შევიდეს, მაგრამ საიდანაც ვერაფერი გამოდის, მათ შორის სინათლის სხივი. სივრცის ამ რეგიონს შავი ხვრელი ეწოდება. შავი ხვრელების არსებობა ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ერთ-ერთი თეორიული პროგნოზია, გრავიტაციის ზოგიერთი ალტერნატიული თეორია აგებულია ისე, რომ კრძალავს ამ ტიპის ფენომენს. ამ მხრივ განსაკუთრებული მნიშვნელობა ენიჭება შავი ხვრელების რეალობის საკითხს. ამჟამად არსებობს დაკვირვების მონაცემები, რომლებიც მიუთითებენ სამყაროში შავი ხვრელების არსებობაზე.
ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ფარგლებში, პირველად, შესაძლებელი გახდა სამყაროს ევოლუციის პრობლემის ფორმულირება. ამრიგად, სამყარო მთლიანობაში ხდება არა სპეკულაციური მსჯელობის საგანი, არამედ ფიზიკური მეცნიერების ობიექტი. ფიზიკის ფილიალს, რომელიც ეხება სამყაროს მთლიანობას, ეწოდება კოსმოლოგია. ახლა მტკიცედ არის მიჩნეული, რომ ჩვენ ვცხოვრობთ გაფართოებულ სამყაროში.
სამყაროს ევოლუციის თანამედროვე სურათი ემყარება იმ აზრს, რომ სამყარო, მათ შორის მისი ატრიბუტები, როგორიცაა სივრცე და დრო, წარმოიშვა სპეციალური ფიზიკური ფენომენის შედეგად, სახელად დიდი აფეთქება და მას შემდეგ ფართოვდება. სამყაროს ევოლუციის თეორიის თანახმად, შორეულ გალაქტიკებს შორის მანძილი დროთა განმავლობაში უნდა გაიზარდოს და მთელი სამყარო უნდა იყოს სავსე თერმული გამოსხივებით 3 კ ტემპერატურით. თეორიის ეს პროგნოზები შესანიშნავად ემთხვევა. ასტრონომიული დაკვირვებების მონაცემებით. ამავე დროს, შეფასებები აჩვენებს, რომ სამყაროს ასაკი, ანუ დიდი აფეთქების შემდეგ გასული დრო, დაახლოებით 10 მილიარდი წელია. რაც შეეხება დიდი აფეთქების დეტალებს, ეს ფენომენი ცუდად არის გაგებული და შეიძლება ვისაუბროთ დიდი აფეთქების საიდუმლოებაზე, როგორც მთლიანობაში ფიზიკური მეცნიერების გამოწვევაზე. შესაძლებელია, რომ დიდი აფეთქების მექანიზმის ახსნა დაკავშირებული იყოს ბუნების ახალ, ჯერჯერობით უცნობ კანონებთან. ზოგადად მიღებული თანამედროვე შეხედულება დიდი აფეთქების პრობლემის შესაძლო გადაწყვეტის შესახებ, ეფუძნება გრავიტაციისა და კვანტური მექანიკის თეორიის გაერთიანების იდეას.

კვანტური გრავიტაციის კონცეფცია

შესაძლებელია თუ არა საუბარი გრავიტაციული ურთიერთქმედების კვანტურ გამოვლინებებზე? როგორც საყოველთაოდ მიჩნეულია, კვანტური მექანიკის პრინციპები უნივერსალურია და გამოიყენება ნებისმიერი ფიზიკური ობიექტისთვის. ამ თვალსაზრისით, გრავიტაციული ველი არ არის გამონაკლისი. თეორიული კვლევები აჩვენებს, რომ კვანტურ დონეზე გრავიტაციულ ურთიერთქმედებას ატარებს ელემენტარული ნაწილაკი, რომელსაც გრავიტონი ეწოდება. შეიძლება აღინიშნოს, რომ გრავიტონი არის უმასური ბოზონი სპინით 2. ნაწილაკებს შორის გრავიტაციული ურთიერთქმედება, გრავიტონის გაცვლის გამო, პირობითად შემდეგნაირად არის გამოსახული:

ნაწილაკი გამოყოფს გრავიტონს, რის გამოც იცვლება მისი მოძრაობის მდგომარეობა. სხვა ნაწილაკი შთანთქავს გრავიტონს და ასევე ცვლის მისი მოძრაობის მდგომარეობას. შედეგად, ნაწილაკები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან.
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, გრავიტაციული ურთიერთქმედების დამახასიათებელი დაწყვილების მუდმივია ნიუტონის მუდმივა G. ცნობილია, რომ G არის განზომილებიანი სიდიდე. ცხადია, ურთიერთქმედების ინტენსივობის შესაფასებლად მოსახერხებელია უგანზომილებიანი შეერთების მუდმივი. ასეთი მუდმივის მისაღებად შეიძლება გამოვიყენოთ ფუნდამენტური მუდმივები: (პლანკის მუდმივა) და c (შუქის სიჩქარე) - და შემოვიტანოთ ზოგიერთი საცნობარო მასა, მაგალითად, პროტონის მასა m p . მაშინ გრავიტაციული ურთიერთქმედების უგანზომილებიანი შეერთების მუდმივი იქნება

Gm p 2 /(c) ~ 6 10 -39,

რაც, რა თქმა უნდა, ძალიან მცირე რაოდენობაა.
საინტერესოა აღინიშნოს, რომ ფუნდამენტური მუდმივებიდან G, , c შესაძლებელია სიდიდეების აგება სიგრძის, დროის, სიმკვრივის, მასის, ენერგიის ზომების მქონე. ამ რაოდენობას პლანკი ეწოდება. კერძოდ, პლანკის სიგრძე l Pl და პლანკის დრო t Pl შემდეგია:

თითოეული ფუნდამენტური ფიზიკური მუდმივი ახასიათებს გარკვეულ წრეს ფიზიკური მოვლენები: G - გრავიტაციული მოვლენები, - კვანტური, c - რელატივისტური. ამიტომ, თუ რომელიმე თანაფარდობა ერთდროულად მოიცავს G, , c, მაშინ ეს ნიშნავს, რომ ეს თანაფარდობა აღწერს მოვლენას, რომელიც ერთდროულად არის გრავიტაციული, კვანტური და რელატივისტური. ამრიგად, პლანკის მნიშვნელობების არსებობა მიუთითებს ბუნებაში შესაბამისი ფენომენების შესაძლო არსებობაზე.
რა თქმა უნდა, l Pl და t Pl რიცხვითი მნიშვნელობები ძალიან მცირეა მაკროკოსმოსში არსებული რაოდენობების დამახასიათებელ მნიშვნელობებთან შედარებით. მაგრამ ეს მხოლოდ იმას ნიშნავს, რომ კვანტური გრავიტაციული ეფექტები სუსტად ვლინდება. ისინი შეიძლება იყოს მნიშვნელოვანი მხოლოდ მაშინ, როდესაც დამახასიათებელი პარამეტრები გახდება პლანკის მნიშვნელობებთან შედარებით.
მიკროსამყაროს ფენომენების გამორჩეული თვისებაა ის ფაქტი, რომ ფიზიკური სიდიდეები ექვემდებარება ე.წ. კვანტურ რყევებს. ეს ნიშნავს, რომ ფიზიკური სიდიდის განმეორებითი გაზომვები გარკვეულ მდგომარეობაში, პრინციპში, განსხვავებულია რიცხვითი მნიშვნელობები, მოწყობილობის უკონტროლო ურთიერთქმედების გამო დაკვირვებულ ობიექტთან. შეგახსენებთ, რომ გრავიტაცია ასოცირდება სივრცე-დროის გამრუდების გამოვლინებასთან, ანუ სივრცე-დროის გეომეტრიასთან. ამიტომ, მოსალოდნელია, რომ t Pl რიგისა და l Pl რიგის დისტანციებზე, სივრცე-დროის გეომეტრია უნდა გახდეს კვანტური ობიექტი, გეომეტრიულმა მახასიათებლებმა უნდა განიცადოს კვანტური რყევები. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, პლანკის შკალაზე არ არსებობს ფიქსირებული სივრცე-დროის გეომეტრია, ფიგურალურად რომ ვთქვათ, სივრცე-დრო არის ადუღებული ქაფი.
გრავიტაციის თანმიმდევრული კვანტური თეორია არ არის აგებული. l Pl, t Pl უკიდურესად მცირე მნიშვნელობების გამო, მოსალოდნელია, რომ უახლოეს მომავალში შეუძლებელი იქნება ექსპერიმენტების დაყენება, რომლებშიც კვანტური გრავიტაციული ეფექტები გამოვლინდება. ამიტომ, კვანტური გრავიტაციის საკითხების თეორიული შესწავლა რჩება ერთადერთ გზად. თუმცა არის ფენომენები, სადაც კვანტური გრავიტაცია შეიძლება იყოს მნიშვნელოვანი? დიახ, არიან და მათზე უკვე ვისაუბრეთ. ეს არის გრავიტაციული კოლაფსი და დიდი აფეთქება. გრავიტაციის კლასიკური თეორიის თანახმად, გრავიტაციულ კოლაფსს დაქვემდებარებული ობიექტი უნდა იყოს შეკუმშული თვითნებურად მცირე ზომით. ეს ნიშნავს, რომ მისი ზომები შეიძლება შედარდეს l Pl-თან, სადაც კლასიკური თეორია აღარ გამოიყენება. ანალოგიურად, დიდი აფეთქების დროს, სამყაროს ასაკი შედარებული იყო t Pl-სთან და მას ჰქონდა l Pl რიგის ზომები. ეს ნიშნავს, რომ დიდი აფეთქების ფიზიკის გაგება კლასიკური თეორიის ფარგლებში შეუძლებელია. ამრიგად, გრავიტაციული კოლაფსის საბოლოო ეტაპის აღწერა და სამყაროს ევოლუციის საწყისი ეტაპი შეიძლება განხორციელდეს მხოლოდ გრავიტაციის კვანტური თეორიის ჩართვით.

სუსტი ურთიერთქმედება

ეს ურთიერთქმედება არის ყველაზე სუსტი ფუნდამენტური ურთიერთქმედებებიდან, რომლებიც ექსპერიმენტულად შეინიშნება ელემენტარული ნაწილაკების დაშლისას, სადაც კვანტური ეფექტები ფუნდამენტურად მნიშვნელოვანია. შეგახსენებთ, რომ გრავიტაციული ურთიერთქმედების კვანტური გამოვლინებები არასოდეს დაფიქსირებულა. სუსტი ურთიერთქმედება გამოიყოფა შემდეგი წესის გამოყენებით: თუ ელემენტარული ნაწილაკი სახელად ნეიტრინო (ან ანტინეიტრინო) მონაწილეობს ურთიერთქმედების პროცესში, მაშინ ეს ურთიერთქმედება სუსტია.

სუსტი ურთიერთქმედების ტიპიური მაგალითია ნეიტრონის ბეტა დაშლა

N p + e - + e,

სადაც n არის ნეიტრონი, p არის პროტონი, e არის ელექტრონი, e არის ელექტრონული ანტინეიტრინო. თუმცა, გასათვალისწინებელია, რომ ზემოაღნიშნული წესი საერთოდ არ ნიშნავს, რომ სუსტი ურთიერთქმედების ნებისმიერ აქტს უნდა ახლდეს ნეიტრინო ან ანტინეიტრინო. ცნობილია, რომ დიდი რაოდენობით ხდება უნეიტრინო დაშლა. მაგალითად, შეგვიძლია აღვნიშნოთ ლამბდა ჰიპერონის დაშლის პროცესი პროტონად p და უარყოფითად დამუხტულ პიონად π − . თანამედროვე კონცეფციების თანახმად, ნეიტრონი და პროტონი არ არის ჭეშმარიტად ელემენტარული ნაწილაკები, მაგრამ შედგება ელემენტარული ნაწილაკებისგან, რომლებსაც კვარკები ეწოდება.
სუსტი ურთიერთქმედების ინტენსივობას ახასიათებს ფერმის შეერთების მუდმივი G F. მუდმივი G F არის განზომილებიანი. განზომილებიანი სიდიდის ფორმირებისთვის საჭიროა გამოვიყენოთ გარკვეული სტანდარტული მასა, მაგალითად, პროტონის მასა m p . მაშინ უგანზომილებიანი შეერთების მუდმივი იქნება

G F m p 2 ~ 10 -5.

ჩანს, რომ სუსტი ურთიერთქმედება ბევრად უფრო ინტენსიურია ვიდრე გრავიტაციული.
სუსტი ურთიერთქმედება, გრავიტაციისგან განსხვავებით, მოკლე დიაპაზონია. ეს ნიშნავს, რომ ნაწილაკებს შორის სუსტი ურთიერთქმედება მოქმედებს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ნაწილაკები საკმაოდ ახლოს არიან ერთმანეთთან. თუ ნაწილაკებს შორის მანძილი აღემატება გარკვეულ მნიშვნელობას, რომელსაც ეწოდება დამახასიათებელი ურთიერთქმედების რადიუსი, სუსტი ურთიერთქმედება არ ვლინდება. ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ 10-15 სმ რიგის სუსტი ურთიერთქმედების დამახასიათებელი რადიუსი, ანუ სუსტი ურთიერთქმედების, კონცენტრირებულია იმაზე მცირე მანძილზე. ატომის ბირთვი.
რატომ შეიძლება ვისაუბროთ სუსტ ურთიერთქმედებაზე, როგორც ფუნდამენტური ურთიერთქმედების დამოუკიდებელ ფორმაზე? პასუხი მარტივია. დადგინდა, რომ არსებობს ელემენტარული ნაწილაკების გარდაქმნების პროცესები, რომლებიც ვერ დაიყვანება გრავიტაციულ, ელექტრომაგნიტურ და ძლიერ ურთიერთქმედებებამდე. კარგი მაგალითი, რომელიც აჩვენებს, რომ არსებობს სამი თვისობრივად განსხვავებული ურთიერთქმედება ბირთვულ ფენომენებში, დაკავშირებულია რადიოაქტიურობასთან. ექსპერიმენტები მიუთითებს სამი სხვადასხვა ტიპის რადიოაქტიურობის არსებობაზე: -, - და -რადიოაქტიური დაშლა. ამ შემთხვევაში - დაშლა გამოწვეულია ძლიერი ურთიერთქმედებით, - დაშლა - ელექტრომაგნიტური. დარჩენილი დაშლა ვერ აიხსნება ელექტრომაგნიტური და ძლიერი ურთიერთქმედებით და ჩვენ იძულებულნი ვართ მივიღოთ, რომ არსებობს კიდევ ერთი ფუნდამენტური ურთიერთქმედება, რომელსაც სუსტი ეწოდება. ზოგადად, სუსტი ურთიერთქმედების დანერგვის აუცილებლობა განპირობებულია იმით, რომ ბუნებაში ხდება პროცესები, რომლებშიც ელექტრომაგნიტური და ძლიერი დაშლა აკრძალულია კონსერვაციის კანონებით.
მიუხედავად იმისა, რომ სუსტი ურთიერთქმედება არსებითად კონცენტრირებულია ბირთვის შიგნით, მას აქვს გარკვეული მაკროსკოპული გამოვლინებები. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ის დაკავშირებულია β-რადიოაქტიურობის პროცესთან. გარდა ამისა, სუსტი ურთიერთქმედება მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ეგრეთ წოდებულ თერმობირთვულ რეაქციებში, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ვარსკვლავებში ენერგიის განთავისუფლების მექანიზმზე.
სუსტი ურთიერთქმედების ყველაზე გასაკვირი თვისებაა პროცესების არსებობა, რომლებშიც სარკის ასიმეტრია ვლინდება. ერთი შეხედვით აშკარად ჩანს, რომ განსხვავება მარცხენა და მარჯვენა ცნებებს შორის თვითნებურია. მართლაც, გრავიტაციული, ელექტრომაგნიტური და ძლიერი ურთიერთქმედების პროცესები უცვლელია სივრცითი ინვერსიის მიმართ, რომელიც ახორციელებს სარკის ასახვას. ამბობენ, რომ ასეთ პროცესებში სივრცითი პარიტეტი P შენარჩუნებულია, თუმცა ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ სუსტი პროცესები შეიძლება გაგრძელდეს სივრცითი პარიტეტის არკონსერვაციით და, შესაბამისად, იგრძნობა განსხვავება მარცხნივ და მარჯვნივ. ამჟამად, არსებობს მყარი ექსპერიმენტული მტკიცებულება, რომ სუსტ ურთიერთქმედებებში პარიტეტის არკონსერვაცია უნივერსალური ხასიათისაა; ის ვლინდება არა მხოლოდ ელემენტარული ნაწილაკების დაშლაში, არამედ ბირთვულ და ატომურ მოვლენებშიც კი. უნდა აღინიშნოს, რომ სარკის ასიმეტრია ბუნების თვისებაა ყველაზე ფუნდამენტურ დონეზე.
სუსტ ურთიერთქმედებებში პარიტეტის არკონსერვაცია ისეთი უჩვეულო თვისება ჩანდა, რომ აღმოჩენისთანავე თეორეტიკოსები ცდილობდნენ ეჩვენებინათ, რომ სინამდვილეში არსებობს სრული სიმეტრია მარცხენასა და მარჯვენას შორის, მხოლოდ მას აქვს უფრო ღრმა მნიშვნელობა, ვიდრე ადრე ეგონათ. სარკის ანარეკლს თან უნდა ახლდეს ნაწილაკების ჩანაცვლება ანტინაწილაკებით (მუხტის კონიუგაცია C), შემდეგ კი ყველა ფუნდამენტური ურთიერთქმედება უნდა იყოს უცვლელი. თუმცა, მოგვიანებით გაირკვა, რომ ეს უცვლელობა არ არის უნივერსალური. არსებობს ეგრეთ წოდებული გრძელვადიანი ნეიტრალური კაონების სუსტი დაშლა π + , π − პიონებად, რომლებიც აკრძალულია, თუ მითითებული ინვარიანტობა რეალურად ხდება. ამრიგად, სუსტი ურთიერთქმედების განმასხვავებელი თვისებაა მისი CP არაინვარიანტობა. შესაძლებელია, რომ ეს თვისება პასუხისმგებელია იმ ფაქტზე, რომ სამყაროში მატერია მნიშვნელოვნად ჭარბობს ანტინაწილაკებისგან აგებულ ანტიმატერიაზე. სამყარო და ანტისამყარო არ არის სიმეტრიული.
კითხვა, თუ რომელი ნაწილაკები არიან სუსტი ურთიერთქმედების მატარებლები, დიდი დროგაურკვეველი იყო. გაგება შედარებით ცოტა ხნის წინ მიღწეული იქნა ელექტროსუსტი ურთიერთქმედების ერთიანი თეორიის - ვაინბერგ-სალამ-გლაშოუს თეორიის ფარგლებში. ახლა ზოგადად მიღებულია, რომ სუსტი ურთიერთქმედების მატარებლები არიან ე.წ. W ± - და Z 0 -ბოზონები. ეს არის დამუხტული W ± და ნეიტრალური Z 0 ელემენტარული ნაწილაკები სპინით 1 და მასები ტოლია 100 მ p სიდიდის მიხედვით.

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება

ყველა დამუხტული სხეული, ყველა დამუხტული ელემენტარული ნაწილაკი მონაწილეობს ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებაში. ამ თვალსაზრისით, ის საკმაოდ უნივერსალურია. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების კლასიკური თეორია არის მაქსველის ელექტროდინამიკა. ელექტრონის მუხტი e აღებულია როგორც შეერთების მუდმივი.
თუ განვიხილავთ ორ დასასვენებელ მუხტს q 1 და q 2, მაშინ მათი ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება შემცირდება ცნობილ ელექტროსტატიკურ ძალამდე. ეს ნიშნავს, რომ ურთიერთქმედება გრძელვადიანია და ნელ-ნელა მცირდება მუხტებს შორის მანძილის გაზრდით.
ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების კლასიკური გამოვლინებები კარგად არის ცნობილი და მათზე არ შევჩერდებით. კვანტური თეორიის თვალსაზრისით, ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების მატარებელია ელემენტარული ნაწილაკების ფოტონი - უმასური ბოზონი სპინით 1. კვანტური ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება მუხტებს შორის პირობითად გამოსახულია შემდეგნაირად:

დამუხტული ნაწილაკი ასხივებს ფოტონს, რის შედეგადაც იცვლება მისი მოძრაობის მდგომარეობა. სხვა ნაწილაკი შთანთქავს ამ ფოტონს და ასევე ცვლის მისი მოძრაობის მდგომარეობას. შედეგად, ნაწილაკები თითქოს გრძნობენ ერთმანეთის არსებობას. ცნობილია, რომ ელექტრული მუხტი განზომილებიანი სიდიდეა. მოსახერხებელია ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების უგანზომილებიანი შეერთების მუდმივის შემოღება. ამისათვის ჩვენ უნდა გამოვიყენოთ ფუნდამენტური მუდმივები და გ. შედეგად მივდივართ შემდეგ განზომილებიანი დაწყვილების მუდმივამდე, რომელსაც ატომურ ფიზიკაში უწოდებენ წვრილი სტრუქტურის მუდმივას α = e 2 /c ≈1/137.

ადვილი მისახვედრია, რომ ეს მუდმივი მნიშვნელოვნად აღემატება გრავიტაციული და სუსტი ურთიერთქმედების მუდმივებს.
თანამედროვე თვალსაზრისით, ელექტრომაგნიტური და სუსტი ურთიერთქმედებები ერთი ელექტროსუსტი ურთიერთქმედების სხვადასხვა ასპექტია. შეიქმნა ელექტროსუსტი ურთიერთქმედების ერთიანი თეორია - ვაინბერგ-სალამ-გლაშოუს თეორია, რომელიც ერთიანი პოზიციიდან ხსნის ელექტრომაგნიტური და სუსტი ურთიერთქმედების ყველა ასპექტს. შესაძლებელია თუ არა ხარისხობრივ დონეზე იმის გაგება, თუ როგორ იყოფა ერთიანი ურთიერთქმედება ცალკეულ, თითქოსდა, დამოუკიდებელ ურთიერთქმედებებად?
სანამ დამახასიათებელი ენერგიები საკმარისად მცირეა, ელექტრომაგნიტური და სუსტი ურთიერთქმედება განცალკევებულია და არ მოქმედებს ერთმანეთზე. ენერგიის მატებასთან ერთად იწყება მათი ურთიერთგავლენა და საკმარისად მაღალი ენერგიების დროს ეს ურთიერთქმედებები ერწყმის ერთ ელექტროსუსტ ურთიერთქმედებას. დამახასიათებელი გაერთიანების ენერგია შეფასებულია სიდიდის მიხედვით, როგორც 10 2 გევ (GeV არის მოკლე გიგაელექტრონვოლტი, 1 GeV = 10 9 eV, 1 eV = 1.6·10 -12 erg = 1.6·10 19 J). შედარებისთვის აღვნიშნავთ, რომ ელექტრონის მახასიათებელი ენერგია წყალბადის ატომის საფუძველში არის დაახლოებით 10 -8 გევ, ატომის ბირთვის დამახასიათებელი შებოჭვის ენერგია დაახლოებით 10 -2 გევ, დამახასიათებელი დამაკავშირებელი ენერგია. მყარი სხეულიდაახლოებით 10-10 გევ. ამრიგად, ელექტრომაგნიტური და სუსტი ურთიერთქმედების გაერთიანების დამახასიათებელი ენერგია უზარმაზარია ატომურ და ბირთვულ ფიზიკაში დამახასიათებელ ენერგიებთან შედარებით. ამ მიზეზით, ელექტრომაგნიტური და სუსტი ურთიერთქმედება არ ავლენს მათ საერთო არსს ჩვეულებრივ ფიზიკურ მოვლენებში.

ძლიერი ურთიერთქმედება

ძლიერი ძალა პასუხისმგებელია ატომური ბირთვების სტაბილურობაზე. მას შემდეგ, რაც ატომური ბირთვების უმეტესი ქიმიური ელემენტებისტაბილური, ცხადია, რომ ურთიერთქმედება, რომელიც ხელს უშლის მათ დაშლისგან, საკმარისად ძლიერი უნდა იყოს. ცნობილია, რომ ბირთვები შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. იმისათვის, რომ დადებითად დამუხტული პროტონები არ გაიფანტონ სხვადასხვა მიმართულებით, აუცილებელია მათ შორის იყოს მიზიდულობის ძალები, რომლებიც აღემატება ელექტროსტატიკური მოგერიების ძალებს. ეს არის ძლიერი ურთიერთქმედება, რომელიც პასუხისმგებელია ამ მიმზიდველ ძალებზე.
ძლიერი ურთიერთქმედების დამახასიათებელი თვისებაა მისი მუხტის დამოუკიდებლობა. მიზიდულობის ბირთვული ძალები პროტონებს, ნეიტრონებსა და პროტონსა და ნეიტრონს შორის არსებითად იგივეა. აქედან გამომდინარეობს, რომ ძლიერი ურთიერთქმედების თვალსაზრისით, პროტონი და ნეიტრონი არ განირჩევიან და მათთვის გამოიყენება ერთი ტერმინი. ნუკლეონი, ანუ ბირთვის ნაწილაკი.

ძლიერი ურთიერთქმედების დამახასიათებელი მასშტაბი შეიძლება ილუსტრირებული იყოს ორი ნუკლეონის გათვალისწინებით. თეორია იწვევს მათი ურთიერთქმედების პოტენციურ ენერგიას იუკავას პოტენციალის სახით

სადაც მნიშვნელობა r 0 ≈10 -13 სმ და სიდიდის მიხედვით ემთხვევა ბირთვის მახასიათებელ ზომას, გარის ძლიერი ურთიერთქმედების შეერთების მუდმივი. ეს კავშირი აჩვენებს, რომ ძლიერი ურთიერთქმედება არის მოკლე დიაპაზონი და არსებითად მთლიანად კონცენტრირებულია დისტანციებზე, რომლებიც არ აღემატება ბირთვის დამახასიათებელ ზომას. r > r 0-ისთვის ის პრაქტიკულად ქრება. ძლიერი ურთიერთქმედების ცნობილი მაკროსკოპული გამოვლინებაა -რადიოაქტიურობის ეფექტი. თუმცა, უნდა გვახსოვდეს, რომ იუკავას პოტენციალი არ არის ძლიერი ურთიერთქმედების უნივერსალური თვისება და არ არის დაკავშირებული მის ფუნდამენტურ ასპექტებთან.
ამჟამად არსებობს ძლიერი ურთიერთქმედების კვანტური თეორია, რომელსაც კვანტური ქრომოდინამიკა ეწოდება. ამ თეორიის მიხედვით, ძლიერი ურთიერთქმედების მატარებლები არიან ელემენტარული ნაწილაკები - გლუონები. თანამედროვე კონცეფციების თანახმად, ნაწილაკები, რომლებიც მონაწილეობენ ძლიერ ურთიერთქმედებაში და ჰადრონებს უწოდებენ, შედგება ელემენტარული ნაწილაკებისგან - კვარკებისგან.
კვარკები არის ფერმიონები სპინის 1/2 და არანულოვანი მასით. კვარკების ყველაზე საოცარი თვისება მათი წილადი ელექტრული მუხტია. კვარკები წარმოიქმნება სამ წყვილად (სამი თაობის დულეტები), რომლებიც აღინიშნება შემდეგნაირად:

u	გ
დ	ს	ბ

კვარკის თითოეულ ტიპს არომატი ეწოდება, ამიტომ არსებობს ექვსი კვარკის არომატი. ამ შემთხვევაში, u-, c-, t-კვარკებს აქვთ ელექტრული მუხტი 2/3|e| , და d-, s-, b-კვარკები - ელექტრული მუხტი -1/3|e|, სადაც e - ელექტრონის მუხტი. გარდა ამისა, არსებობს ამ არომატის სამი კვარკი. ისინი განსხვავდებიან კვანტური რიცხვით, რომელსაც ფერი ეწოდება და იღებენ სამ მნიშვნელობას: ყვითელი, ლურჯი, წითელი. თითოეულ კვარკს შეესაბამება ანტიკვარკი, რომელსაც აქვს საპირისპირო ელექტრული მუხტი ამ კვარკთან მიმართებაში და ეგრეთ წოდებული ანტიფერი: ანტიყვითელი, ანტილურჯი, ანტიწითელი. გემოსა და ფერების რაოდენობის გათვალისწინებით ვხედავთ, რომ სულ 36 კვარკი და ანტიკვარკია.
კვარკები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან რვა გლუონის გაცვლის გზით, რომლებიც არიან უმასური ბოზონები სპინით 1. ურთიერთქმედების დროს კვარკების ფერები შეიძლება შეიცვალოს. ამ შემთხვევაში, ძლიერი ურთიერთქმედება პირობითად გამოსახულია შემდეგნაირად:

კვარკი, რომელიც ჰადრონის ნაწილია, გამოყოფს გლუონს, რის გამოც იცვლება ჰადრონის მოძრაობის მდგომარეობა. ეს გლუონი შეიწოვება კვარკით, რომელიც სხვა ჰადრონის ნაწილია და ცვლის მისი მოძრაობის მდგომარეობას. შედეგად, ჰადრონები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან.
ბუნება ისეა მოწყობილი, რომ კვარკების ურთიერთქმედება ყოველთვის იწვევს უფერო შეკრული მდგომარეობების წარმოქმნას, რომლებიც მხოლოდ ჰადრონებია. მაგალითად, პროტონი და ნეიტრონი შედგება სამი კვარკისგან: p = uud, n = udd. პიონი π − შედგება კვარკის u და ანტიკვარკისგან: π − = u. გლუონების მეშვეობით კვარკ-კვარკის ურთიერთქმედების გამორჩეული თვისება ის არის, რომ კვარკებს შორის მანძილის კლებასთან ერთად მათი ურთიერთქმედება სუსტდება. ამ ფენომენს ასიმპტოტურ თავისუფლებას უწოდებენ და მივყავართ იქამდე, რომ ჰადრონებში კვარკები შეიძლება ჩაითვალოს თავისუფალ ნაწილაკებად. ასიმპტომური თავისუფლება ბუნებრივად გამომდინარეობს კვანტური ქრომოდინამიკისგან. არსებობს ექსპერიმენტული და თეორიული მინიშნებები, რომ მანძილის მატებასთან ერთად კვარკებს შორის ურთიერთქმედება უნდა გაიზარდოს, რის გამოც ენერგიულად ხელსაყრელია კვარკების ჰადრონის შიგნით ყოფნა. ეს ნიშნავს, რომ ჩვენ შეგვიძლია დავაკვირდეთ მხოლოდ უფერო საგნებს - ჰადრონებს. ფერის მქონე ცალკეული კვარკები და გლუონები თავისუფალ მდგომარეობაში ვერ იარსებებს. ელემენტარული ნაწილაკების შეფერხების ფენომენს ჰადრონებში ფერით შეზღუდვა ეწოდება. შეზღუდვის ასახსნელად შემოთავაზებულია სხვადასხვა მოდელები, მაგრამ თეორიის პირველი პრინციპებიდან გამომდინარე თანმიმდევრული აღწერა ჯერ არ არის აგებული. ხარისხობრივი თვალსაზრისით, სირთულეები დაკავშირებულია იმასთან, რომ ფერის მქონე გლუონები ურთიერთქმედებენ ყველა ფერად ობიექტთან, მათ შორის ერთმანეთთან. ამ მიზეზით, კვანტური ქრომოდინამიკა არსებითად არაწრფივი თეორიაა და კვანტურ ელექტროდინამიკასა და ელექტროსუსტ თეორიაში მიღებული გამოკვლევის სავარაუდო მეთოდები არ არის საკმაოდ ადეკვატური ძლიერი ურთიერთქმედების თეორიაში.

ურთიერთქმედების კომბინაციის ტენდენციები

ჩვენ ვხედავთ, რომ კვანტურ დონეზე ყველა ფუნდამენტური ურთიერთქმედება ერთნაირად ვლინდება. ნივთიერების ელემენტარული ნაწილაკი ასხივებს ელემენტარულ ნაწილაკს - ურთიერთქმედების მატარებელს, რომელსაც შთანთქავს ნივთიერების სხვა ელემენტარული ნაწილაკი. ეს იწვევს მატერიის ნაწილაკების ურთიერთგავლენას ერთმანეთზე.
ძლიერი ურთიერთქმედების უგანზომილებიანი შეერთების მუდმივი შეიძლება აშენდეს წვრილი სტრუქტურის მუდმივთან ანალოგიით g2/(c)10 სახით. თუ შევადარებთ უგანზომილებიან დაწყვილების მუდმივებს, მაშინ ადვილი მისახვედრია, რომ გრავიტაციული ურთიერთქმედება ყველაზე სუსტია და შემდეგ განლაგებულია სუსტი, ელექტრომაგნიტური და ძლიერი.
თუ გავითვალისწინებთ ელექტროსუსტი ურთიერთქმედების უკვე შემუშავებულ ერთიან თეორიას, რომელსაც ახლა სტანდარტულს უწოდებენ და მივყვებით გაერთიანების ტენდენციას, მაშინ ჩნდება ელექტროსუსტი და ძლიერი ურთიერთქმედების ერთიანი თეორიის აგების პრობლემა. ამჟამად შექმნილია ასეთი ერთიანი თეორიის მოდელები, რომელსაც გრანდიოზული ერთიანი მოდელი ეწოდება. ყველა ამ მოდელს ბევრი საერთო წერტილი აქვს, კერძოდ, დამახასიათებელი გაერთიანების ენერგია გამოდის 10 15 გევ-ს რიგის, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება ელექტრომაგნიტური და სუსტი ურთიერთქმედების დამახასიათებელ გაერთიანების ენერგიას. აქედან გამომდინარეობს, რომ პირდაპირი საპილოტო სწავლებაგრანდიოზული გაერთიანება საკმაოდ შორეულ მომავალშიც პრობლემურად გამოიყურება. შედარებისთვის აღვნიშნავთ, რომ თანამედროვე ამაჩქარებლებით მიღწეული ყველაზე მაღალი ენერგია არ აღემატება 10 3 გევ-ს. მაშასადამე, თუ რაიმე ექსპერიმენტული მონაცემი იქნა მიღებული გრანდიოზული გაერთიანების შესახებ, ისინი შეიძლება იყოს მხოლოდ ირიბი. კერძოდ, გრანდიოზული ერთიანი მოდელები პროგნოზირებენ პროტონის დაშლას და დიდი მასის მაგნიტური მონოპოლის არსებობას. ამ პროგნოზების ექსპერიმენტული დადასტურება იქნება გაერთიანების ტენდენციების დიდი ტრიუმფი.
ერთი დიდი ურთიერთქმედების ცალკეულ ძლიერ, სუსტ და ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებებად დაყოფის ზოგადი სურათი ასეთია. 10 15 გევ და ზემოთ რიგის ენერგიებში არის ერთი ურთიერთქმედება. როდესაც ენერგია ეცემა 10 15 გევ-ზე დაბლა, ძლიერი და ელექტროსუსტი ურთიერთქმედება ერთმანეთისგან განცალკევებულია და ჩნდება, როგორც სხვადასხვა ფუნდამენტური ურთიერთქმედება. როდესაც ენერგია კიდევ უფრო იკლებს 10 2 გევ-ზე ქვემოთ, სუსტი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება გამოყოფილია. შედეგად, მაკროსკოპული ფენომენების ფიზიკისთვის დამახასიათებელი ენერგეტიკული მასშტაბით, განხილული სამი ურთიერთქმედება ისე გამოიყურება, თითქოს მათ არ აქვთ ერთიანი ბუნება.
ახლა გაითვალისწინეთ, რომ 10 15 გევ ენერგია არც ისე შორს არის პლანკის ენერგიისგან

რომლის დროსაც კვანტური გრავიტაციული ეფექტები მნიშვნელოვანი ხდება. აქედან გამომდინარე, დიდი გაერთიანების თეორია აუცილებლად იწვევს კვანტური გრავიტაციის პრობლემას. თუ გავაგრძელებთ გაერთიანების ტენდენციას, უნდა მივიღოთ იდეა ერთი ყოვლისმომცველი ფუნდამენტური ურთიერთქმედების არსებობის შესახებ, რომელიც იყოფა ცალკეულ გრავიტაციულ, ძლიერ, სუსტ და ელექტრომაგნიტურად თანმიმდევრულად, რადგან ენერგია პლანკის მნიშვნელობიდან მცირდება. ენერგიები 10 2 გევ-ზე ნაკლები.
ასეთი გრანდიოზული გამაერთიანებელი თეორიის აგება, როგორც ჩანს, შეუძლებელია იმ იდეების სისტემის ფარგლებში, რამაც გამოიწვია ელექტროსუსტი ურთიერთქმედებების სტანდარტული თეორია და გრანდიოზული გაერთიანების მოდელები. საჭიროა ახალი, შესაძლოა ერთი შეხედვით გიჟური იდეების, იდეების, მეთოდების მოზიდვა. მიუხედავად ბოლო დროს განვითარებული ძალიან საინტერესო მიდგომებისა, როგორიცაა სუპერგრავიტაცია და სიმების თეორია, ყველა ფუნდამენტური ძალის გაერთიანების პრობლემა ღია რჩება.

დასკვნა

ასე რომ, ჩვენ განვიხილეთ ძირითადი ინფორმაცია ბუნების ოთხი ფუნდამენტური ურთიერთქმედების შესახებ. მოკლედ არის აღწერილი ამ ურთიერთქმედების მიკროსკოპული და მაკროსკოპული გამოვლინებები და ფიზიკური ფენომენების სურათი, რომელშიც ისინი მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ.
შეძლებისდაგვარად, ჩვენ ვცდილობდით გაგვედევნა გაერთიანების ტენდენცია, აღვნიშნოთ ფუნდამენტური ურთიერთქმედების საერთო ნიშნები და მოგვეწოდებინა მონაცემები ფენომენების დამახასიათებელი მასშტაბების შესახებ. რა თქმა უნდა, აქ წარმოდგენილ მასალას არ აქვს პრეტენზია სრულყოფილად და არ შეიცავს ბევრ მნიშვნელოვან დეტალს, რომელიც აუცილებელია სისტემატური პრეზენტაციისთვის. ჩვენ მიერ წამოჭრილი საკითხების დეტალური აღწერა მოითხოვს თანამედროვე მეთოდების მთელი არსენალის გამოყენებას თეორიული ფიზიკამაღალი ენერგიები და სცილდება ამ სტატიის, პოპულარულ სამეცნიერო ლიტერატურას. ჩვენი მიზანი იყო წარმოგვედგინა თანამედროვე თეორიული მაღალი ენერგიის ფიზიკის მიღწევების ზოგადი სურათი, მისი განვითარების ტენდენციები. ჩვენ ვცდილობდით მკითხველის ინტერესს გაგვეღვიძებინა მასალის დამოუკიდებელი, უფრო დეტალური შესწავლით. რა თქმა უნდა, ამ მიდგომით, გარკვეული უხეში შეფერხებები გარდაუვალია.
მითითებების შემოთავაზებული სია საშუალებას აძლევს უფრო მომზადებულ მკითხველს გააღრმაოს სტატიაში განხილული საკითხების გაგება.

1. ოკუნი ლ.ბ. ა, ბ, გ, ზ.მ.: ნაუკა, 1985 წ.
2. ოკუნი ლ.ბ. ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა. მოსკოვი: ნაუკა, 1984 წ.
3. ნოვიკოვი ი.დ. როგორ აფეთქდა სამყარო. მოსკოვი: ნაუკა, 1988 წ.
4. ფრიდმენ დ., ფურგონ. Nieuwenhuizen P. // უსპეხი ნატ. მეცნიერებები. 1979. ტ.128. No135.
5. ჰოკინგ ს. დიდი აფეთქებიდან შავ ხვრელამდე: Მოკლე ისტორიადრო. მ.: მირი, 1990 წ.
6. დევის პ. სუპერძალა: ბუნების ერთიანი თეორიის ძიება. მ.: მირი, 1989 წ.
7. ზელდოვიჩ ია.ბ., ხლოპოვი მ.იუ. იდეების დრამა ბუნების ცოდნაში. მოსკოვი: ნაუკა, 1987 წ.
8. Gottfried K., Weisskopf W. ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის ცნებები. მ.: მირი, 1988 წ.
9. Coughlan G.D., Dodd J.E. ნაწილაკების ფიზიკის იდეები. კემბრიჯი: კემბრიჯის უნივერსიტეტი. პრესა, 1993 წ.

ძალის- ვექტორი ფიზიკური რაოდენობა, რომელიც არის სხვა ორგანოების ამ სხეულზე, ისევე როგორც ველებზე ზემოქმედების ინტენსივობის საზომი. მასიური სხეულზე გამოყენებული ძალა არის მისი სიჩქარის ცვლილების ან მასში დეფორმაციების წარმოქმნის მიზეზი.

AT თანამედროვე მეცნიერებაარსებობს 4 ტიპის ურთიერთქმედება. მათგან ორს, რომლებიც განიხილება მექანიკაში, ე.წ გრავიტაციულიდა ელექტრომაგნიტური. ისინი შეესაბამება ძალებს, რომლებიც არ შეიძლება შემცირდეს უფრო მარტივზე და ამიტომ მათ უწოდებენ ფუნდამენტური. კიდევ ორი: ძლიერი და სუსტი არის ბირთვული. მიზიდულობის ძალა და გ. დეფორმაცია - ეს არის სხეულის ზომის ან ფორმის ცვლილება სხვა სხეულების გავლენის ქვეშ. როგორც სასკოლო ფიზიკის კურსიდან არის ცნობილი, ყველა სხეული ელექტრული მუხტებისაგან შედგება. როდესაც სხეულები დეფორმირდება, მუხტებს შორის მანძილი იცვლება და ეს, თავის მხრივ, იწვევს დისბალანსს მიზიდულობის ძალებსა და მუხტებს შორის მოგერიებას შორის. როდესაც სხეული დაჭიმულია, მუხტებს შორის მიზიდულობის ძალები ჭარბობს და სხეული „ეწინააღმდეგება“ დაჭიმვას; ანალოგიურად, შეკუმშვისას ჭარბობს საგრებელი ძალები. ჰუკის კანონი. დამხმარე რეაქციის ძალა და შეჩერების დაძაბულობის ძალა. AT სხეულის წონაეწოდება ძალას, რომლითაც სხეული მოქმედებს საყრდენზე ან შეჩერებაზე. როდესაც სხეული ურთიერთქმედებს საყრდენთან ან საკიდთან, სხეული თავად დეფორმირებულია, რაც იწვევს საყრდენზე ან საკიდზე მოქმედი ელასტიური ძალის გამოჩენას. წონის ძალები და დამხმარე რეაქცია ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ნიუტონის მესამე კანონის მიხედვით. მსგავსი თანასწორობა არსებობს შეჩერებულ სხეულზე. T=R. ხახუნის ძალა.

კლასიკური მექანიკის ფარგლებში გრავიტაციული ურთიერთქმედება აღწერილია ნიუტონის უნივერსალური მიზიდულობის კანონით, რომელიც ამბობს, რომ მიზიდულობის ძალა ორს შორის მატერიალური ქულებიმასები და, დაყოფილი მანძილის მიხედვით, პროპორციულია ორივე მასის და უკუპროპორციულია მანძილის კვადრატის - ეს არის:

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება არსებობს ნაწილაკებს შორის, რომლებსაც აქვთ ელექტრული მუხტი. თანამედროვე თვალსაზრისით, დამუხტულ ნაწილაკებს შორის ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება არ ხორციელდება უშუალოდ, არამედ მხოლოდ ელექტრომაგნიტური ველის მეშვეობით.

ძლიერი ურთიერთქმედება მოიცავს კვარკებს და გლუონებს და მათგან შედგენილ ნაწილაკებს, რომლებსაც ჰადრონები (ბარიონები და მეზონები) უწოდებენ. ის მოქმედებს ატომის ბირთვის ზომის ან ნაკლები ზომის მასშტაბებზე, პასუხისმგებელია ჰადრონებში კვარკებს შორის კავშირზე და ბირთვებში ნუკლეონებს შორის (ბარიონების ერთგვარი - პროტონები და ნეიტრონები) მიზიდულობაზე.

სუსტი ურთიერთქმედება, ან სუსტი ბირთვული ძალა- ბუნებაში არსებული ოთხი ფუნდამენტური ურთიერთქმედებიდან ერთ-ერთი. ის პასუხისმგებელია, კერძოდ, ბეტა დაშლის ბირთვზე. ამ ურთიერთქმედებას სუსტი ეწოდება, რადგან დანარჩენი ორი ურთიერთქმედება, რომლებიც მნიშვნელოვანია ბირთვული ფიზიკისთვის (ძლიერი და ელექტრომაგნიტური) ხასიათდება გაცილებით დიდი ინტენსივობით. თუმცა, ის ბევრად უფრო ძლიერია, ვიდრე ფუნდამენტური ურთიერთქმედების მეოთხე, გრავიტაციული. სუსტი ურთიერთქმედება მოკლე დიაპაზონია - ის ვლინდება ატომის ბირთვის ზომაზე ბევრად მცირე მანძილზე.

რა უფლებამოსილებები იცით? გრავიტაცია, ძაფის დაჭიმულობა,ზამბარის შეკუმშვა, სხეულის შეჯახება, ხახუნის ძალა, აფეთქება, ჰაერი და საშუალო წინააღმდეგობა, ზედაპირული დაძაბულობასითხეები, ვან დერ ვაალსის ძალები - და სია ამით არ მთავრდება. მაგრამ ყველა ეს ძალა ოთხი ფუნდამენტურის წარმოებულებია! ისინი განიხილება.

ოთხი ძალა

ფიზიკური კანონების საფუძვლების საფუძველია ოთხი ფუნდამენტური ურთიერთქმედება, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან სამყაროს ყველა პროცესზე. თუ ელემენტარული ნაწილაკები შეიძლება შევადაროთ არსების აგურებს, მაშინ ურთიერთქმედება ცემენტის ნაღმტყორცნებია. ძლიერი, ელექტრომაგნიტური, სუსტი და გრავიტაციული - ამ თანმიმდევრობით, ძლიერიდან სუსტამდე, განიხილება ურთიერთქმედება. არ შეიძლება მათი დაყვანა უფრო მარტივზე - ამიტომაც მათ ფუნდამენტურს უწოდებენ.

სანამ ძალების აღწერაზე გადავიდოდეთ, საჭიროა განვმარტოთ, რას ნიშნავს სიტყვა ურთიერთქმედება. ფიზიკოსები მას თვლიან გარკვეული შუამავლების გაცვლის შედეგად, მათ ჩვეულებრივ უწოდებენ ურთიერთქმედების მატარებლები.

დავიწყოთ ყველაზე ინტენსიურით. ძლიერიურთიერთქმედება აღმოაჩინეს გასული საუკუნის 30-იან წლებში ატომის აქტიური კვლევის პერიოდში. აღმოჩნდა, რომ მისი ბირთვის მთლიანობა და სტაბილურობა ზუსტად არის უზრუნველყოფილი უკიდურესად ძლიერი ურთიერთქმედებით ნუკლეონებიმათ შორის.

ნუკლეონები(ლათ. nucleus - ბირთვი) - პროტონებისა და ნეიტრონების ზოგადი სახელწოდება, ატომის ბირთვის ძირითადი კომპონენტები. ძლიერი ურთიერთქმედების თვალსაზრისით, ეს ნაწილაკები განუყოფელია. ნეიტრონი პროტონზე მძიმეა 0,13%-ით - ეს საკმარისი აღმოჩნდა იმისათვის, რომ გამხდარიყო მოსვენებული მასის მქონე ერთადერთი ელემენტარული ნაწილაკი, რომლისთვისაც დაფიქსირდა გრავიტაციული ურთიერთქმედება.

ბირთვების შიგთავსი ერთმანეთს იზიდავს სპეციალური კვანტების - π-მეზონების გამო, რომლებიც ძლიერი ურთიერთქმედების "ოფიციალური" მატარებლები არიან. ასეთი ბირთვული ენერგია 1038-ჯერ უფრო ინტენსიური ვიდრე ყველაზე სუსტი ურთიერთქმედება - გრავიტაციული. თუ ძლიერი ძალა მოულოდნელად გაქრა, სამყაროს ატომები მყისიერად დაიშლებოდნენ. მათ უკან მოლეკულები, შემდეგ მატერია - ჩვენს გარშემო არსებული მთელი რეალობა შეწყვეტს არსებობას, გარდა ელემენტარული ნაწილაკებისა. მათი „ურთიერთობის“ საინტერესო თვისებაა მოკლე დიაპაზონის მოქმედება: დადებითად დამუხტული ნაწილაკები, პროტონები, მხოლოდ მაშინ იზიდავენ ერთმანეთს, როცა უშუალო კონტაქტში არიან.

თუ პროტონები ერთმანეთისგან გარკვეულ მანძილზე არიან, მაშინ ელექტრომაგნიტურიურთიერთქმედება, რომლის დროსაც მსგავსი დამუხტული ნაწილაკები იზიდავენ, ხოლო საპირისპიროდ დამუხტული ნაწილაკები იზიდავენ. დაუმუხტი ნაწილაკების შემთხვევაში ეს ძალა არ წარმოიქმნება – გავიხსენოთ ცნობილი კულონის კანონი უძრავი წერტილის ელექტრული მუხტების შესახებ. ელექტრომაგნიტური ძალების მატარებლები არიან ფოტონები, რომლებიც, სხვა საკითხებთან ერთად, უზრუნველყოფენ მზის ენერგიის გადატანას ჩვენს პლანეტაზე. ამ ძალის გამორიცხვა დედამიწას სრული გაყინვით ემუქრება. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება 1035-ჯერ უფრო ძლიერია ვიდრე გრავიტაციული, ანუ მხოლოდ 100-ჯერ სუსტია ვიდრე ბირთვული.

ბუნებამ შემოგვთავაზა კიდევ ერთი ფუნდამენტური ძალა, რომელიც ხასიათდება გაუჩინარებით დაბალი ინტენსივობით და მოქმედების ძალიან მცირე რადიუსით (ატომის ბირთვზე ნაკლები). Ეს არის სუსტიურთიერთქმედება - მისი მატარებლები არიან სპეციალური დამუხტული და ნეიტრალური ბოზონები. სუსტი ძალების პასუხისმგებლობის სფერო, პირველ რიგში, არის ნეიტრონის ბეტა დაშლა, რომელსაც თან ახლავს პროტონის, ელექტრონის და (ანტი)ნეიტრინოს წარმოქმნა. მზეზე აქტიურად მიმდინარეობს ასეთი გარდაქმნები, რაც განსაზღვრავს ჩვენთვის ამ ფუნდამენტური ურთიერთქმედების მნიშვნელობას.

(შეუსწავლელი გრავიტაცია

ყველა აღწერილი ძალა შესწავლილია საკმარისად დეტალურად და ორგანულად ჩაშენებულია სამყაროს ფიზიკურ სურათში. თუმცა, ბოლო ძალა გრავიტაციული, გამოირჩევა ისეთი დაბალი ინტენსივობით, რომ ჯერ კიდევ უნდა გამოიცნოს მისი არსი.

გრავიტაციული ურთიერთქმედების პარადოქსი ის არის, რომ ჩვენ მას ყოველ წამს ვგრძნობთ, მაგრამ მატარებელს ვერანაირად ვერ დავაფიქსირებთ. არსებობს მხოლოდ ვარაუდი ჰიპოთეტური გრავიტონის კვანტის არსებობის შესახებ სინათლის სიჩქარით. მას შეუძლია ჩარევა და დიფრაქცია, მაგრამ მოკლებულია მუხტს. მეცნიერები თვლიან, რომ როდესაც ერთი ნაწილაკი ასხივებს გრავიტონს, იცვლება მისი მოძრაობის ბუნება, ანალოგიური სიტუაცია ვითარდება ნაწილაკთან, რომელიც იღებს კვანტს. ტექნოლოგიის განვითარების დონე ჯერ არ გვაძლევს გრავიტონის „დანახვის“ და მისი თვისებების უფრო დეტალურად შესწავლის საშუალებას. გრავიტაციის ინტენსივობა 1025-ჯერ ნაკლებია, ვიდრე სუსტი ურთიერთქმედება.

როგორ, თქვენ ამბობთ, მიზიდულობის ძალა სულაც არ ჩანს სუსტი! ეს არის No4 ფუნდამენტური ურთიერთქმედების უნიკალური თვისებები. მაგალითად, უნივერსალურობა - ნებისმიერი მასის მქონე სხეული ქმნის გრავიტაციულ ველს სივრცეში, რომელსაც შეუძლია შეაღწიოს ნებისმიერ დაბრკოლებას. უფრო მეტიც, მიზიდულობის ძალა იზრდება ობიექტის მასასთან ერთად - თვისება, რომელიც დამახასიათებელია მხოლოდ ამ ურთიერთქმედებისთვის.

ამიტომ დედამიწა, ადამიანთან შედარებით გიგანტური, თავის გარშემო ქმნის გრავიტაციულ ველს, რომელიც ზედაპირზე ინახავს ჰაერს, წყალს, ქანებს და, რა თქმა უნდა, ცოცხალ გარსს. თუ გრავიტაცია ერთბაშად გაუქმდება, სიჩქარე, რომლითაც მე და შენ გავალთ კოსმოსში, იქნება 500 მ/წმ. ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებასთან ერთად გრავიტაციას აქვს დიდი დიაპაზონი. ამიტომ, მისი როლი სამყაროს მოძრავი სხეულების სისტემაში უზარმაზარია. ორ ადამიანს შორისაც კი, რომლებიც ერთმანეთისგან საკმაოდ დაშორებულნი არიან, არის მიკროსკოპული გრავიტაციული მიზიდულობა.

Gravity Gun არის გამოგონილი იარაღი, რომელიც ქმნის ადგილობრივ გრავიტაციულ ველს. იარაღი საშუალებას გაძლევთ გაიყვანოთ, აწიოთ და გადააგდოთ საგნები ველის მიერ წარმოქმნილი ძალის გამო. ეს კონცეფცია პირველად გამოიყენეს კომპიუტერული თამაშინახევარგამოყოფის პერიოდი 2.

წარმოიდგინეთ დაწნული ზედა, ვერტიკალურად დამაგრებული რგოლოვანი ჩარჩოს ცენტრში, თავისუფლად ბრუნავს ჰორიზონტალური ღერძის გარშემო. ეს ჩარჩო - მოდით დავარქვათ შიდა - თავის მხრივ, ფიქსირდება გარე რგოლოვან ჩარჩოზე, რომელიც ასევე თავისუფლად ბრუნავს ჰორიზონტალურ სიბრტყეში. დიზაინის გარშემო ზედა ე.წ გიმბალებიდა ყველა ერთად გიროსკოპი.

დასვენების დროს, გიროსკოპში ზედა მშვიდად ბრუნავს ვერტიკალურ მდგომარეობაში, მაგრამ როგორც კი გარე ძალები - მაგალითად, აჩქარება - შეეცდებიან შემოაბრუნონ ზედა ბრუნვის ღერძი, ის ამ ეფექტის პერპენდიკულარულად იქცევა. რაც არ უნდა ვეცადოთ გიროსკოპში ზედა შემობრუნებას, ის მაინც ბრუნავს ვერტიკალურ მდგომარეობაში. ყველაზე მოწინავე გიროსკოპები რეაგირებენ დედამიწის ბრუნვაზეც კი, რაც პირველად ფრანგმა აჩვენა. ჟან ბერნარ ფუკო 1851 წელს. თუ გიროსკოპს ავიღებთ სენსორით, რომელიც კითხულობს ზედა პოზიციას ჩარჩოსთან მიმართებაში, მივიღებთ ზუსტ სანავიგაციო მოწყობილობას, რომელიც საშუალებას გვაძლევს თვალყური ადევნოთ ობიექტის მოძრაობას სივრცეში - მაგალითად, თვითმფრინავი.

გრავიტაციული ეფექტები

გრავიტაციას შეუძლია სასტიკი ხრიკი მოახდინოს კოსმოსში არსებულ დიდ, ბევრად უფრო მასიურ ობიექტებზე, დედამიწაზე ბევრად მასიურ ობიექტებზე, როგორიცაა ევოლუციის შემდგომ ეტაპებზე მყოფი ვარსკვლავები. მიზიდულობის ძალა შეკუმშავს ვარსკვლავს და გარკვეულ მომენტში აჭარბებს შინაგან წნევას. როდესაც ასეთი ობიექტის რადიუსი გრავიტაციულზე ნაკლები ხდება, კოლაფსიდა ვარსკვლავი ჩაქრება. მისგან მეტი ინფორმაცია არ მოდის, სინათლის სხივებიც კი ვერ გადალახავს მიზიდულობის გიგანტურ ძალას. ასე იბადება შავი ხვრელი.

პლანეტებს, ბევრად უფრო მინიატურულ ობიექტებს, აქვთ საკუთარი გრავიტაციული მახასიათებლები. ასე რომ, დედამიწა საკუთარი მასის გამო ახვევს სივრცე-დროს და ახვევს მას თავისი ბრუნვით! ამ ფენომენებს შესაბამისად გეოდეზიური პრეცესია და გრავიტომაგნიტური ეფექტი ეწოდება.

რა არის გეოდეზიური პრეცესია? წარმოიდგინეთ, რომ ჩვენი პლანეტის ორბიტის გასწვრივ მოძრაობს ობიექტი, რომლის ზედაპირზე (უწონის პირობებში) ზედა ბრუნავს დიდი სიჩქარით. მისი ღერძი გადაიხრება მოძრაობის მიმართულებით წელიწადში 6,6 რკალი წამის ინტენსივობით. დედამიწა თავისი მასით უხვევს მიმდებარე სივრცე-დროს, ქმნის მასში ერთგვარ ჩაღრმავებას.

გრავიტომაგნიტური ეფექტი(Lense-Thirring ეფექტი) კარგად ასახავს ჯოხის ბრუნვას სქელ თაფლში: ის ატარებს ბლანტი ტკბილ მასას და ქმნის სპირალურ მორევას. ასე რომ, დედამიწა ბრუნვის გზით ტრიალებს "თაფლის" სივრცე-დროს თავისი ღერძის გარშემო. და ამას ისევ აფიქსირებს ზედა ღერძი, რომელიც გადაიხრება დედამიწის ბრუნვისკენ მიკროსკოპული 0,04 რკალი წამით წელიწადში.

ჩვენი პლანეტა თავისი გრავიტაციით მოქმედებს დროსა და სივრცეზე. ეს განცხადება დიდი ხნის განმავლობაში რჩებოდა მხოლოდ აინშტაინის და მისი მიმდევრების ჰიპოთეზაში, სანამ 2004 წელს ამერიკელებმა არ გაუშვეს თანამგზავრი Gravity Probe-B. მოწყობილობა ბრუნავდა დედამიწის პოლარულ ორბიტაზე და აღჭურვილი იყო მსოფლიოში ყველაზე ზუსტი გიროსკოპებით - ტოპების რთული ანალოგებით. ამ ტექნიკური შედევრების სირთულეზე მოწმობს ის ფაქტი, რომ გიროსკოპის ბურთებზე არსებული დარღვევები არ აღემატებოდა ორ-სამ ატომს. თუ ეს მინიატურული სფეროები დედამიწის ზომამდე გადიდდება, მაშინ ყველაზე დიდი უწესრიგობის სიმაღლე სამ მეტრს არ აღემატება! ასეთი ხრიკები იყო საჭირო სივრცე-დროის თვით მრუდის ექსპერიმენტულად დასადგენისთვის. და ორბიტაზე 17 თვიანი მუშაობის შემდეგ აღჭურვილობამ დააფიქსირა ერთდროულად ოთხი სუპერგიროსკოპის ბრუნვის ღერძების გადაადგილება!

Gravity Probe-B ექსპერიმენტის დროს დადასტურდა ორი ეფექტი ზოგადი თეორიაფარდობითობა: სივრცე-დროის გამრუდება (გეოდეზიური პრეცესია) და დამატებითი აჩქარების გამოჩენა მასიურ სხეულებთან (გრავიტომაგნიტური ეფექტი)

გრავიტაციას აქვს ბევრი სხვა, ბევრად უფრო აშკარა ეფექტი. მაგალითად, ჩვენს სხეულში არ არსებობს არც ერთი ორგანო, რომელიც არ იყო ადაპტირებული დედამიწის გრავიტაციასთან.

ამიტომაც არის ძალიან უჩვეულო და საშიშიც კი, რომ ადამიანი დიდხანს იყოს უწონად მდგომარეობაში: სისხლი მთელ სხეულში გადანაწილებულია ისე, რომ ზედმეტ წნევას ახდენს თავის ტვინის სისხლძარღვებზე და ძვლები საბოლოოდ უარს ამბობენ კალციუმის მარილების შეწოვაზე და ლერწმის მსგავსად მტვრევადი ხდება. მხოლოდ მუდმივი ფიზიკური აქტივობაადამიანს შეუძლია ნაწილობრივ დაიცვას თავი უწონობის შედეგებისგან.

მთვარის გრავიტაციული ველი გავლენას ახდენს დედამიწაზე და მის მკვიდრებზე - ყველამ იცის მოქცევისა და მოქცევის შესახებ. ცენტრიდანული ძალის გამო მთვარე ჩვენგან ყოველწლიურად 4 სმ-ით შორდება, მოქცევის ინტენსივობა კი განუწყვეტლივ მცირდება. პრეისტორიულ პერიოდში მთვარე დედამიწასთან გაცილებით ახლოს იყო და, შესაბამისად, მოქცევა მნიშვნელოვანი იყო. შესაძლოა, ეს იყო მთავარი ფაქტორი, რომელმაც წინასწარ განსაზღვრა ხმელეთზე ცოცხალი ორგანიზმების გაჩენა.

მიუხედავად იმისა, რომ ჯერ კიდევ არ ვიცით, რომელი ნაწილაკია პასუხისმგებელი გრავიტაციაზე, ჩვენ შეგვიძლია გავზომოთ იგი! ამისათვის გამოიყენება სპეციალური მოწყობილობა - გრავიმეტრი, რომელთანაც გეოლოგები აქტიურად მუშაობენ წიაღისეულის ძიებაში.

დედამიწის ზედაპირის სისქეში ქანებს განსხვავებული სიმკვრივე აქვთ და, შესაბამისად, მათი მიზიდულობის ძალაც იცვლება. ამ გზით შეგიძლიათ განსაზღვროთ მსუბუქი ნახშირწყალბადების (ნავთობი და გაზი) საბადოები, ასევე ლითონის მადნების მკვრივი ქანები. ისინი ზომავენ მიზიდულობის ძალას, აფიქსირებენ სხეულის თავისუფალი ვარდნის სიჩქარის მცირე ცვლილებას ცნობილი მასით ან ქანქარის დარტყმით. ამისთვის მათ საზომი სპეციალური ერთეულიც კი შემოიღეს - გალ (გალ) პატივსაცემად გალილეო გალილეი, რომელმაც ისტორიაში პირველმა დაადგინა მიზიდულობის ძალა თავისუფლად ჩამოვარდნილი სხეულის გზის გაზომვით.

კოსმოსიდან დედამიწის მიზიდულობის ხანგრძლივმა კვლევებმა შესაძლებელი გახადა ჩვენი პლანეტის გრავიტაციული ანომალიების რუკის შექმნა. მიზიდულობის ძალის მკვეთრი ზრდა მიწის ცალკეულ ნაწილზე შეიძლება იყოს მიწისძვრის ან ვულკანის ამოფრქვევის წინაპირობა.

ფუნდამენტური ურთიერთქმედებების შესწავლა მხოლოდ იმპულსს იძენს. დარწმუნებით არ შეიძლება ითქვას, რომ არსებობს მხოლოდ ოთხი ძალა - შეიძლება იყოს ხუთი ან ათი. მეცნიერები ცდილობენ შეაგროვონ ყველა ურთიერთქმედება ერთი მოდელის „სახურავის“ ქვეშ, მაგრამ ის ჯერ კიდევ ოჰ, მის შექმნამდე. და ჰიპოთეტური გრავიტონი ხდება სიმძიმის მთავარი ცენტრი. სკეპტიკოსები ამბობენ, რომ ადამიანი ვერასდროს შეძლებს ამ კვანტის დაფიქსირებას, რადგან მისი ინტენსივობა ძალიან დაბალია, მაგრამ ოპტიმისტებს სჯერათ ფიზიკის ტექნოლოგიებისა და მეთოდების მომავლის. Მოიცადე და ნახავ.

ფუნდამენტური ურთიერთქმედება

ბუნებაში არსებობს ბუნებრივი სისტემებისა და სტრუქტურების უზარმაზარი მრავალფეროვნება, რომელთა მახასიათებლები და განვითარება აიხსნება მატერიალური ობიექტების ურთიერთქმედებით, ანუ ერთმანეთზე ურთიერთმოქმედებით. ზუსტად ურთიერთქმედება არის მატერიის მოძრაობის მთავარი მიზეზი და დამახასიათებელია ყველა მატერიალური ობიექტისთვის, მიუხედავად მათი წარმოშობისა და სისტემური ორგანიზაციისა.. ურთიერთქმედება უნივერსალურია, ისევე როგორც მოძრაობა. ურთიერთმოქმედი ობიექტები ცვლიან ენერგიას და იმპულსს (ეს არის მათი მოძრაობის ძირითადი მახასიათებლები). კლასიკურ ფიზიკაში ურთიერთქმედება განისაზღვრება იმ ძალით, რომლითაც ერთი მატერიალური ობიექტი მოქმედებს მეორეზე. დიდი ხნის განმავლობაში პარადიგმა იყო გრძელვადიანი მოქმედების კონცეფცია - მატერიალური ობიექტების ურთიერთქმედება, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთისგან დიდ მანძილზე და იგი მყისიერად გადაეცემა ცარიელ სივრცეში.. ამჟამად კიდევ ერთი ექსპერიმენტულად დადასტურებულია - მოკლე დიაპაზონის მოქმედების კონცეფცია - ურთიერთქმედება გადაიცემა ფიზიკური ველების გამოყენებით სასრული სიჩქარით, რომელიც არ აღემატება სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში.ფიზიკური ველი - განსაკუთრებული სახისმატერია, რომელიც უზრუნველყოფს მატერიალური ობიექტებისა და მათი სისტემების ურთიერთქმედებას (შემდეგი ველები: ელექტრომაგნიტური, გრავიტაციული, ბირთვული ძალების ველი - სუსტი და ძლიერი). ფიზიკური ველის წყაროა ელემენტარული ნაწილაკები (ელექტრომაგნიტური - დამუხტული ნაწილაკები), კვანტურ თეორიაში ურთიერთქმედება განპირობებულია ნაწილაკებს შორის ველის კვანტების გაცვლით.

ბუნებაში არსებობს ოთხი ფუნდამენტური ურთიერთქმედება: ძლიერი, ელექტრომაგნიტური, სუსტი და გრავიტაციული, რომლებიც განსაზღვრავენ მიმდებარე სამყაროს სტრუქტურას.

ძლიერი ურთიერთქმედება(ბირთვული ურთიერთქმედება) - ატომური ბირთვების შემადგენელი ნაწილების (პროტონები და ნეიტრონები) ურთიერთმიზიდულობა და მოქმედებს დაახლოებით 10 -1 3 სმ მანძილზე, გადაცემულია გლუონებით. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების თვალსაზრისით, პროტონი და ნეიტრონი განსხვავებული ნაწილაკებია, რადგან პროტონი ელექტრული დამუხტულია, ხოლო ნეიტრონი არა. მაგრამ ძლიერი ურთიერთქმედების თვალსაზრისით, ეს ნაწილაკები არ განსხვავდებიან, რადგან სტაბილურ მდგომარეობაში ნეიტრონი არის არასტაბილური ნაწილაკი და იშლება პროტონში, ელექტრონში და ნეიტრინოში, მაგრამ ბირთვის ფარგლებში იგი ხდება მსგავსი. პროტონის თვისებები, რის გამოც შემოიღეს ტერმინი "ნუკლეონი" ( ლათ. ბირთვი- ბირთვი)" და პროტონი ნეიტრონით დაიწყო განიხილება, როგორც ნუკლეონის ორი განსხვავებული მდგომარეობა. რაც უფრო ძლიერია ბირთვში ნუკლეონების ურთიერთქმედება, მით უფრო სტაბილურია ბირთვი, მით მეტია სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია.

სტაბილურ ნივთიერებაში პროტონებსა და ნეიტრონებს შორის ურთიერთქმედება არც თუ ისე მაღალ ტემპერატურაზე გაძლიერებულია, მაგრამ თუ მოხდა ბირთვების ან მათი ნაწილების შეჯახება (მაღალი ენერგიის ნუკლეონები), მაშინ ხდება ბირთვული რეაქციები, რომლებსაც თან ახლავს უზარმაზარი გათავისუფლება. ენერგია.

გარკვეულ პირობებში, ძლიერი ურთიერთქმედება ძალიან ძლიერად აკავშირებს ნაწილაკებს ატომურ ბირთვებში - მატერიალურ სისტემებში მაღალი შებოჭვის ენერგიით. სწორედ ამ მიზეზით, ატომების ბირთვები ძალიან სტაბილურია, მათი განადგურება რთულია.

ძლიერი ურთიერთქმედების გარეშე ატომური ბირთვები არ იარსებებდა და ვარსკვლავები და მზე ვერ გამოიმუშავებდნენ სითბოს და შუქს ბირთვული ენერგიის გამო.

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებაგადაცემულია ელექტრული და მაგნიტური ველების გამოყენებით. ელექტრული ველი წარმოიქმნება ელექტრული მუხტების არსებობისას და მაგნიტური ველი როცა ისინი მოძრაობენ. ცვალებადი ელექტრული ველი წარმოქმნის ალტერნატიულ მაგნიტურ ველს - ეს არის ალტერნატიული მაგნიტური ველის წყარო. ამ ტიპის ურთიერთქმედება დამახასიათებელია ელექტრულად დამუხტული ნაწილაკებისთვის. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების მატარებელია ფოტონი, რომელსაც არ აქვს მუხტი - ელექტრომაგნიტური ველის კვანტი. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების პროცესში ელექტრონები და ატომური ბირთვები გაერთიანებულია ატომებად, ატომები - მოლეკულებად. გარკვეული გაგებით, ეს ურთიერთქმედება ფუნდამენტურია ქიმიასა და ბიოლოგიაში.

ჩვენ გარშემო სამყაროს შესახებ ინფორმაციის დაახლოებით 90%-ს ვიღებთ ელექტრომაგნიტური ტალღის საშუალებით, ვინაიდან მატერიის სხვადასხვა აგრეგატული მდგომარეობა, ხახუნი, ელასტიურობა და ა.შ. განისაზღვრება მოლეკულათაშორისი ურთიერთქმედების ძალებით, რომლებიც ბუნებით ელექტრომაგნიტურია. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება აღწერილია კულონის, ამპერისა და მაქსველის ელექტრომაგნიტური თეორიის კანონებით.

ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება არის საფუძველი სხვადასხვა ელექტრო მოწყობილობების, რადიოების, ტელევიზორების, კომპიუტერების და ა.შ. ის დაახლოებით ათასჯერ სუსტია ვიდრე ძლიერი, მაგრამ ბევრად უფრო გრძელი.

გარეშე ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება არ იქნება ატომები, მოლეკულები, მაკრო ობიექტები, სითბო და სინათლე.

3. სუსტი ურთიერთქმედებაშესაძლოა სხვადასხვა ნაწილაკებს შორის, გარდა ფოტონისა, ის არის მოკლე დიაპაზონი და ვლინდება ატომის ბირთვის ზომაზე მცირე დისტანციებზე 10 -15 - 10 -22 სმ. სუსტი ურთიერთქმედება უფრო სუსტია ვიდრე ძლიერი ურთიერთქმედება და სუსტი ურთიერთქმედების პროცესები გრძელდება. უფრო ნელა, ვიდრე ძლიერი ურთიერთქმედებით. პასუხისმგებელია არასტაბილური ნაწილაკების დაშლაზე (მაგ., ნეიტრონის გადაქცევა პროტონად, ელექტრონად, ანტინეიტრინოდ). სწორედ ამ ურთიერთქმედების გამოა, რომ ნაწილაკების უმეტესობა არასტაბილურია. სუსტი ურთიერთქმედების მატარებლები არიან ვიონები, ნაწილაკები, რომელთა მასა 100-ჯერ აღემატება პროტონებისა და ნეიტრონების მასას. ამ ურთიერთქმედების გამო მზე ანათებს (პროტონი იქცევა ნეიტრონად, პოზიტრონად, ნეიტრინოდ, გამოსხივებულ ნეიტრინოს აქვს უზარმაზარი შეღწევადი ძალა).

სუსტი ურთიერთქმედების გარეშე, მზისა და ვარსკვლავების ინტერიერში ბირთვული რეაქციები შეუძლებელი იქნებოდა და ახალი ვარსკვლავები არ წარმოიქმნებოდა.

4. გრავიტაციული ურთიერთქმედებაყველაზე სუსტი არ არის გათვალისწინებული ელემენტარული ნაწილაკების თეორიაში, რადგან მათ დამახასიათებელ დისტანციებზე (10-13 სმ) ეფექტები მცირეა, ხოლო ულტრაპატარა დისტანციებზე (10-33 სმ) და ულტრა მაღალ ენერგიებზე, გრავიტაცია ხდება მნიშვნელოვანი. და იწყება ფიზიკური ვაკუუმის უჩვეულო თვისებების გამოჩენა.

გრავიტაცია (ლათინური gravitas - „გრავიტაციიდან“) - ფუნდამენტური ურთიერთქმედება არის შორ მანძილზე (ეს ნიშნავს, რომ არ აქვს მნიშვნელობა როგორ მოძრაობს მასიური სხეული, სივრცის ნებისმიერ წერტილში გრავიტაციული პოტენციალი დამოკიდებულია მხოლოდ სხეულის პოზიციაზე მოცემულ დროს. ) და მას ექვემდებარება ყველა მატერიალური ორგანო . ძირითადად, გრავიტაცია თამაშობს გადამწყვეტ როლს კოსმიურ მასშტაბში, მეგასამყაროში.

კლასიკური მექანიკის ფარგლებში აღწერილია გრავიტაციული ურთიერთქმედება გრავიტაციის კანონინიუტონი, რომელიც აცხადებს, რომ გრავიტაციული მიზიდულობის ძალა მასის ორ მატერიალურ წერტილს შორის მ 1 და მ 2 გამოყოფილია მანძილით რ, იქ არის

სად გარის გრავიტაციული მუდმივი.

გრავიტაციული ურთიერთქმედების გარეშე არ არსებობდა გალაქტიკები, ვარსკვლავები, პლანეტები, სამყაროს ევოლუცია.

დრო, რომლის დროსაც ხდება ელემენტარული ნაწილაკების ტრანსფორმაცია, დამოკიდებულია ურთიერთქმედების სიძლიერეზე (ძლიერი ურთიერთქმედებით, ბირთვული რეაქციები ხდება 10 -24 - 10 -23 წამში, ელექტრომაგნიტური - ცვლილებები ხდება 10 -19 - 10 -21 წამში. ., სუსტი გახრწნით 10 -10 წმ.).

ყველა ურთიერთქმედება აუცილებელია და საკმარისია რთული და მრავალფეროვანი მატერიალური სამყაროს ასაშენებლად, საიდანაც, მეცნიერთა აზრით, შეიძლება მიიღოთ ზესახელმწიფო(ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე ან ენერგიაზე ოთხივე ძალა ერთიანდება და ყალიბდება ერთი).