Әлемнің негізгі күштері. 4 негізгі күш

Табиғатта әр түрлі күш түрлері бар: ауырлық күші, ауырлық күші, Лоренц, Ампер, қозғалмайтын зарядтардың өзара әрекеттесуі және т.б., бірақ олардың барлығы түптеп келгенде аздаған іргелі (негізгі) өзара әрекеттесулерге түседі. Қазіргі физика табиғатта күштердің немесе өзара әрекеттесудің төрт түрі ғана бар деп санайды:

1) гравитациялық өзара әрекеттесу (гравитациялық өрістер арқылы жүзеге асырылады);

2) электромагниттік өзара әрекеттесу (электромагниттік өрістер арқылы жүзеге асырылады);

3) ядролық (немесе күшті) (ядродағы бөлшектердің байланысын қамтамасыз етеді);

4) әлсіз (элементар бөлшектердің ыдырауына жауап береді).

Классикалық механика шеңберінде олар гравитациялық және электромагниттік күштермен, серпімді және үйкеліс күштерімен айналысады.

1. Ауырлық күші... Бұл екі материалдық дененің бір-біріне тартылатын күші. Ауырлық күші қашықтыққа және массасы бар екі материалдық нүктеге байланысты t 1және t 2қашықтықта ртеңдікпен өрнектелген бір-бірінен

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

Қайда G- гравитациялық тұрақты (SI-де) G\u003d 6.673 10 -11 м 3 / кг с 2).

2. Ауырлық... Бұл тұрақты күш , жер бетіне жақын кез-келген денеде әрекет ету. Бұл күш бүкіләлемдік тартылыс күшінің ерекше жағдайы екендігі түсінікті, сондықтан

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

Қайда м - дене массасы, М және R- Жердің массасы мен радиусы. Саны

g \u003d G M / R 2

деп аталады еркін түсу үдеуі... Содан кейін

F T \u003d мг. (5)

Гравитация, шамасы сияқты ж,массасы берілген дене үшін тұрақты болған кезде, теңіз деңгейінен ендік пен биіктіктің өзгеруімен өзгереді. Көптеген мәселелерді шешкен кезде, ол болжанады g \u003d9,8 м / с 2.

Берілген дененің массасын тәжірибе жүзінде анықтау үшін (1) теңдіктен шығуға болады, мұндағы масса инерция өлшемі ретінде енеді, сондықтан инертті масса деп аталады. Сонымен қатар (4) теңдіктен де шығуға болады, мұндағы масса дененің гравитациялық қасиеттерінің өлшемі ретінде енеді және сәйкесінше гравитациялық масса деп аталады. Негізінде инерциялық және гравитациялық массалардың бірдей шамада болатындығы еш жерден шықпайды. Алайда, бірқатар эксперименттер екі массаның мәні өте жоғары дәлдік деңгейімен сәйкес келетіндігін анықтады. Сондықтан, механикада олар массаның дененің инерттігінің және оның гравитациялық қасиеттерінің сандық өлшемі ретінде анықтайтын бірыңғай «масса» терминін қолданады.

3. Дененің салмағы... Бұл күш P, оның көмегімен дене тірекке немесе суспензияға әсер етеді. Дене салмағы мен ауырлық күшін шатастыруға болмайды, өйткені олар әртүрлі денелерге қолданылады. Сонымен қатар, P \u003d F T \u003d мгтек тыныштық күйінде немесе түзу сызықты бірқалыпты қозғалыс кезінде. Мәселелерді шешу кезінде R,әдетте Ньютонның үшінші заңы бойынша табылған.

4. Серпімді күш.

Бұл күш денелердің деформациясымен бірге жүретін өзара әрекеттесуінің нәтижесінде пайда болады. Ол деформация мөлшеріне пропорционалды және деформацияға қарсы бағытталған.

Атап айтқанда, үшін серіппелі күштер

F \u003d k , (7)

серіппенің созылуы (немесе қысылуы) қайда, k -серіппенің қаттылық коэффициенті (Н / м-мен өлшенген СИ-де).

Қолдау реакциясы күші.Ол жанасушы денелердің жанасу нүктелеріндегі беттерге ортақ нормаль бойымен бағытталады және осы кезде қолданылады (сурет 6а). Жанасатын беттердің біреуі нүкте болғанда (6, б сурет), онда реакция екінші бетке нормаль бойымен бағытталады.

6-сурет 7-сурет

Жіптің кернеуі ... жіп бойымен оның ілулі жеріне дейін бағытталған(сурет 7).

5. Үйкеліс күші... Сонымен көп ұзамай шақырылды үйкелетін үйкеліс күші, қозғалатын денеге әсер ету (сұйық майлау болмаған кезде). Оның модулі теңдікпен анықталады

Қайда µ - көбінесе тұрақты деп саналатын үйкеліс коэффициенті. N- қалыпты реакция. Жол қозғалысына қарсы бағытталған.

6. Статикалық үйкеліс күші Тыныштықта жанасатын денелер арасында әрекет ететін күш, шамасы бойынша тең және денені қозғалтуға мәжбүр ететін күшке қарсы бағытталған.

Сырғанау пайда болмас бұрын, статикалық үйкеліс күші кез-келген бағытқа ие бола алады және кез келген мәнді нөлден максималды мәнге дейін қабылдайды, онда сырғанау пайда болады: .

Берілген дене екінші дененің бетіне сырғана бастайтын сыртқы күшке шамасы бойынша тең болатын тыныштықтағы үйкеліс күші деп аталады. тыныштықтағы үйкелістің максималды күші.

Француз физиктері Г.Амонтон мен С. Кулон: тыныштықтағы үйкелістің максималды күші тіректің реакция күшіне пропорционалды (қалыпты қысым) және үйкелетін денелердің жанасу аймағына тәуелді емес деп анықтады.

Қайда м 0 - тыныштықтағы үйкеліс коэффициенті, жанасатын денелердің физикалық сипатына және

7. Домалақ үйкеліс күші. Дене басқасының бетіне домалағанда ерекше күш пайда болады - дененің айналуына кедергі келтіретін домалақ үйкеліс күші. Жанасатын денелердің бірдей материалдары бар илектеу күші жылжымалы күштен әрқашан аз болады. Бұл тәжірибеде қарапайым мойынтіректерді шарикті немесе роликті мойынтіректерге ауыстыру арқылы қолданылады. Кулон эксперименттік түрде радиусы R: айналмалы цилиндр үшін орнатылды, мұндағы m K - материалдың қаттылығы және оның бетінің кедір-бұдырлығының жоғарылауымен мәні төмендейтін домалақ үйкеліс коэффициенті. Домалақ жиек үшін.

8. Тұтқыр үйкеліс күші... Жылдамдыққа тәуелді мұндай күш денеге өте тұтқыр ортада баяу қозғалғанда әсер етеді (немесе сұйық жағар майдың қатысуымен) және оны теңдікпен көрсетуге болады.

R \u003d,(8)

Қайда υ - дене жылдамдығы, - тарту коэффициенті.

9. Аэродинамикалық күш (гидродинамикалық) қарсылық. Бұл күш жылдамдыққа да тәуелді және ауа немесе су сияқты ортада қозғалатын денеге әсер етеді. Әдетте оның мәні теңдікпен көрінеді

R \u003d 0,5c x Sυ 2,

ортаның тығыздығы қайда; S- дененің қозғалыс бағытына перпендикуляр жазықтыққа проекциясының ауданы (ортаңғы бөлім), х- әдетте эксперименталды түрде анықталатын және дене пішініне және қозғалыс кезінде оның бағытталуына байланысты өлшемсіз тарту коэффициенті.

Серпімді және үйкеліс күштері электромагниттік бастаудан тұратын зат молекулалары арасындағы өзара әрекеттесу сипатымен анықталады. Сондықтан олар шығу тегі бойынша электромагниттік болып табылады. Гравитациялық және электромагниттік күштер негізгі болып табылады - оларды басқа қарапайым күштерге келтіруге болмайды. Серпімді және үйкеліс күштері негізгі болып табылмайды.

2.3. Галилейдің өзгерістері.

Жоғары энергетикалық физиканың заманауи жетістіктері Табиғаттың алуан түрлі қасиеттері өзара әрекеттесетін элементар бөлшектерге байланысты деген ойды күшейте түсуде. Элементар бөлшектің бейресми анықтамасын беру мүмкін емес сияқты, өйткені біз материяның ең алғашқы элементтері туралы айтып отырмыз. Сапалық деңгейде құрамдас бөліктері жоқ физикалық объектілерді шынымен элементар бөлшектер деп атайды деп айтуға болады.
Физикалық нысандардың элементар табиғаты туралы мәселе, ең алдымен, эксперименталды мәселе екені анық. Мысалы, тәжірибе жүзінде молекулалардың, атомдардың, атом ядроларының құрамдас бөліктердің болуын көрсететін ішкі құрылымы бар екендігі анықталды. Сондықтан оларды қарапайым бөлшектер деп санауға болмайды. Жақында мезондар мен бариондар сияқты бөлшектердің де ішкі құрылымы бар екендігі анықталды, сондықтан олар қарапайым емес. Сонымен қатар электронның ішкі құрылымы ешқашан байқалмаған, сондықтан оны элементар бөлшектерге жатқызуға болады. Бастапқы бөлшектің тағы бір мысалы - жарықтың кванты - фотон.
Қазіргі заманғы эксперименттік мәліметтер элементар бөлшектер қатысатын өзара әрекеттесудің тек сапалық жағынан әр түрлі төрт түрі бар екенін көрсетеді. Бұл өзара әрекеттесулер іргелі, яғни ең негізгі, бастапқы, алғашқы деп аталады. Егер біз қоршаған әлемнің барлық алуан түрлі қасиеттерін ескеретін болсақ, табиғатта табиғаттың барлық құбылыстары үшін жауап беретін тек төрт іргелі өзара әрекеттесу бар екендігі таңқаларлықтай көрінеді.
Сапалық айырмашылықтардан басқа, фундаментальды өзара әрекеттесу сан жағынан терминмен сипатталатын әсер ету күшімен ерекшеленеді қарқындылық... Қарқындылық жоғарылаған сайын, іргелі өзара әрекеттесу келесі ретпен орналасады: гравитациялық, әлсіз, электромагниттік және күшті. Осы өзара әрекеттесулердің әрқайсысы сандық мәні өзара әрекеттесу қарқындылығын анықтайтын байланыс константасы деп аталатын сәйкес параметрмен сипатталады.
Физикалық объектілер бір-бірімен іргелі өзара әрекеттесуді қалай жүзеге асырады? Сапалық деңгейде бұл сұрақтың жауабы келесідей. Іргелі өзара әрекеттесу кванттар арқылы беріледі. Бұл жағдайда кванттық облыста фундаментальды өзара әрекеттесулер элементар бөлшектер - өзара әрекеттесудің тасымалдаушылары деп аталатын сәйкес элементар бөлшектерге сәйкес келеді. Өзара әрекеттесу процесінде физикалық объект басқа физикалық объектімен жұтылатын бөлшектер - өзара әрекеттесу тасымалдаушыларын шығарады. Бұл объектілердің бір-бірін сезінетіндігіне, олардың энергиясын, қозғалыс сипатын, күйінің өзгеруін, яғни өзара әсерді сезінуіне әкеледі.
Қазіргі жоғары энергетикалық физикада іргелі өзара әрекеттесуді біріктіру идеясының маңызы арта түсуде. Біріктіру идеяларына сәйкес, табиғатта гравитациялық, немесе әлсіз, немесе электромагниттік, немесе күшті немесе олардың қандай-да бір үйлесімі ретінде көрінетін нақты бір ғана өзара әрекеттестік бар. Біріктіру идеяларын сәтті жүзеге асыру қазіргі кездегі электромагниттік және әлсіз өзара әрекеттесудің бірыңғай теориясын құру болды. Үлкен біртұтастану теориясы деп аталатын электромагниттік, әлсіз және күшті өзара әрекеттесудің біртұтас теориясын әзірлеу жұмыстары жүргізілуде. Барлық төрт негізгі өзара әрекеттесуді біріктіру принципін табуға тырысуда. Біз іргелі өзара әрекеттесудің негізгі көріністерін дәйекті түрде қарастырамыз.

Гравитациялық өзара әрекеттесу

Бұл өзара әрекеттесу әмбебап болып табылады, оған материяның барлық түрлері, табиғаттың барлық объектілері, барлық элементар бөлшектер қатысады! Гравитациялық өзара әрекеттесудің жалпы қабылданған классикалық (кванттық емес) теориясы - Эйнштейннің жалпы салыстырмалық теориясы. Гравитация жұлдыздар жүйесіндегі планеталардың қозғалысын анықтайды, жұлдыздарда болып жатқан процестерде маңызды рөл атқарады, Әлемнің эволюциясын басқарады, ал жер жағдайында өзара тартымдылық күші ретінде көрінеді. Әрине, біз гравитациялық эффекттердің үлкен тізімінен мысалдарды санадық.
Жалпы салыстырмалылық бойынша гравитация кеңістік-уақыттың қисықтығымен байланысты және Риман геометриясы деп аталатын сипаттамада сипатталады. Қазіргі кезде ауырлық күші туралы барлық эксперименттік және бақылаушы мәліметтер жалпы салыстырмалылық теориясының шеңберіне сәйкес келеді. Алайда, күшті гравитациялық өрістер туралы мәліметтер жоқ, сондықтан бұл теорияның эксперименттік аспектілері көптеген сұрақтардан тұрады. Бұл жағдай әртүрлі альтернативті тартылыс теорияларының пайда болуын тудырады, олардың болжамдары күн жүйесіндегі физикалық әсерлер үшін жалпы салыстырмалылықтың болжамдарынан іс жүзінде айырмашылығы жоқ, бірақ күшті гравитациялық өрістерде әртүрлі салдарға алып келеді.
Егер біз барлық релятивистік әсерлерді елемей, әлсіз стационарлық гравитациялық өрістермен шектелетін болсақ, онда жалпы салыстырмалылық теориясы Ньютонның әмбебап тартылыс теориясына дейін азаяды. Бұл жағдайда, белгілі болғандай, массалары m 1 және m 2 болатын екі нүктелік бөлшектердің өзара әрекеттесуінің потенциалдық энергиясы қатынаспен беріледі

мұндағы r - бөлшектер арасындағы қашықтық, G - гравитациялық өзара әрекеттесу константасы рөлін атқаратын Ньютонның тартылыс тұрақтысы. Бұл байланыс потенциалдық өзара әрекеттесу энергиясы V (r) кез келген ақырлы r үшін нөлге тең еместігін және өте баяу нөлге дейін төмендейтінін көрсетеді. Осы себепті гравитациялық әсерлесу ұзақ мерзімді деп аталады.
Жалпы салыстырмалылықтың көптеген физикалық болжамдарының ішінде біз үшеуін атап өтеміз. Гравитациялық толқулар кеңістікте толқын түрінде таралуы мүмкін екендігі теориялық тұрғыдан анықталды. Әлсіз гравитациялық бұзылыстарды көбейту электромагниттік толқындарға ұқсас. Олардың жылдамдығы жарық жылдамдығына тең, оларда поляризацияның екі күйі бар, олар интерференция және дифракция құбылыстарымен сипатталады. Алайда, гравитациялық толқындардың материямен өте әлсіз өзара әрекеттесуіне байланысты оларды тікелей эксперименттік бақылау мүмкін болмады. Соған қарамастан, кейбір жұлдыздық жүйелердегі энергияның жоғалуы туралы кейбір астрономиялық бақылаулардың мәліметтері табиғатта гравитациялық толқындардың болуы мүмкін екендігін көрсетеді.
Жалпы салыстырмалылық шеңберінде жұлдыздардың тепе-теңдік жағдайларын теориялық зерттеу белгілі бір жағдайда жеткілікті массивтік жұлдыздардың апатты түрде құлдырай бастауы мүмкін екенін көрсетеді. Бұл жұлдыз эволюциясының кеш кезеңдерінде мүмкін болады, бұл кезде жұлдыздың жарқырауына жауап беретін процестер туындаған ішкі қысым жұлдызды қысуға ұмтылған гравитациялық күштердің қысымын теңестіре алмайды. Нәтижесінде, қысу процесін тоқтату мүмкін болмайды. Жалпы салыстырмалылық теориясының шеңберінде теориялық тұрғыдан болжанған сипатталған физикалық құбылыс гравитациялық коллапс деп аталады. Зерттеулер көрсеткендей, егер жұлдыз радиусы гравитациялық радиус деп аталатыннан аз болса

R g \u003d 2GM / c 2,

мұндағы M - жұлдыздың массасы, ал c - жарық жылдамдығы, онда сыртқы бақылаушы үшін жұлдыз сөнеді. Бұл жұлдыздағы процестер туралы ешқандай ақпарат сыртқы бақылаушыға жете алмайды. Бұл жағдайда жұлдызға құлаған денелер гравитациялық радиусты еркін кесіп өтеді. Егер бақылаушы осындай дене ретінде айтылатын болса, онда ол ауырлық күшінің күшеюінен басқа ешнәрсе байқамайды. Осылайша, енуге болатын кеңістік аймағы бар, бірақ одан жарық сәулесін қоса, ештеңе қашып құтыла алмайды. Кеңістіктің бұл аймағы қара тесік деп аталады. Қара саңылаулардың болуы - бұл жалпы салыстырмалылықтың теориялық болжамдарының бірі, ауырлық күшінің кейбір баламалы теориялары құбылыстың осы түріне тыйым салатындай етіп салынған. Осыған байланысты қара саңылаулардың шындығы туралы мәселе өте маңызды. Қазіргі уақытта Әлемде қара саңылаулардың бар екендігін көрсететін бақылау деректері бар.
Жалпы салыстырмалылық теориясының шеңберінде алғаш рет Әлемнің эволюциясы мәселесін тұжырымдау мүмкін болды. Сонымен, Әлем тұтасымен алыпсатарлық ойлаудың емес, физика ғылымының объектісіне айналады. Жалпы физика пәні болып табылатын физика саласы космология деп аталады. Қазір біздің кеңейіп жатқан ғаламда өмір сүретініміз дәлелденді деп саналады.
Әлемнің эволюциясы туралы қазіргі заманғы сурет Ғалам, оның кеңістігі мен уақыты сияқты атрибуттарын қоса, Үлкен Жарылыс деп аталатын ерекше физикалық құбылыс нәтижесінде пайда болды және сол кезден бастап кеңейіп келеді деген идеяға негізделген. Әлемнің эволюциясы теориясына сәйкес алыс галактикалар арасындағы қашықтық уақыт өткен сайын ұлғаюы керек, ал бүкіл Әлем температурасы шамамен 3 К температуралық сәулеленумен толтырылуы керек, бұл теорияның болжамдары өте жақсы келісілген. астрономиялық бақылаулар деректері. Сонымен қатар, бағалаулар Әлемнің жасы, яғни Үлкен жарылыс кезінен бастап өткен уақыт шамамен 10 миллиард жыл екенін көрсетеді. Үлкен жарылыстың егжей-тегжейіне келетін болсақ, бұл құбылыс нашар зерттелген және біз жалпы жарылыс құпиясы туралы жалпы физика ғылымына сын ретінде айтуға болады. Үлкен жарылыс механизмін түсіндіру табиғаттың жаңа, әлі белгісіз заңдарымен байланысты екендігі жоққа шығарылмайды. Үлкен жарылыс мәселесін ықтимал шешудің жалпы қабылданған заманауи көзқарасы ауырлық күші мен кванттық механика теориясын біріктіру идеясына негізделген.

Кванттық ауырлық күші туралы түсінік

Гравитациялық өзара әрекеттесудің кванттық көріністері туралы мүлдем айтуға бола ма? Әдетте, кванттық механика принциптері әмбебап және кез-келген физикалық объектке қатысты деп саналады. Бұл тұрғыда гравитациялық өріс те ерекшелік емес. Теориялық зерттеулер кванттық деңгейде гравитациялық өзара әрекеттесуді гравитон деп аталатын элементар бөлшек жүзеге асыратынын көрсетеді. Гравитон - бұл спин 2 бар массасыз бозон. Гравитонның алмасуынан туындаған бөлшектер арасындағы гравитациялық өзара әрекеттесу шартты түрде келесі түрде бейнеленген:

Бөлшек гравитон шығарады, соның арқасында оның қозғалыс күйі өзгереді. Тағы бір бөлшек гравитонды сіңіреді, сонымен қатар оның қозғалыс күйін өзгертеді. Нәтижесінде бөлшектердің бір-біріне әсері болады.
Жоғарыда атап өткеніміздей, гравитациялық өзара әрекеттесуді сипаттайтын байланыс константасы - Ньютонның тұрақтысы G. Бұл G - өлшемді шама екендігі белгілі. Өзара әсерлесу қарқындылығын бағалау үшін өлшемсіз байланыстыру тұрақтысының болуы ыңғайлы екені анық. Мұндай тұрақтылықты алу үшін сіз негізгі тұрақтыларды қолдана аласыз: (Планк тұрақтысы) және с (жарық жылдамдығы) - және кейбір эталондық масса енгізіңіз, мысалы, протон массасы m p. Сонда гравитациялық әсерлесудің өлшемсіз байланыс тұрақтысы болады

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

бұл, әрине, өте аз.
Ұзындығы, уақыты, тығыздығы, массасы, энергиясы бар шамаларды тұрғызу үшін G ,, c іргелі тұрақтыларын қолдануға болатындығы қызықты. Бұл шамалар Планк мәндері деп аталады. Атап айтқанда, Планк ұзындығы l Pl және Планк уақыты t Pl келесідей:

Әрбір негізгі физикалық тұрақты физикалық құбылыстардың белгілі бір диапазонын сипаттайды: G - гравитациялық құбылыстар, - кванттық, с - релятивистік. Демек, егер қандай да бір қатынасқа бір мезгілде G ,, с кіретін болса, онда бұл қатынас бір уақытта гравитациялық, кванттық және релятивистік құбылысты сипаттайтындығын білдіреді. Сонымен, Планк шамаларының болуы табиғаттағы сәйкес құбылыстардың мүмкін болатындығын көрсетеді.
Әрине, l Pl және t Pl сандық мәндері макроәлемдегі шамалардың сипаттамалық мәндерімен салыстырғанда өте аз. Бірақ бұл тек кванттық гравитациялық эффекттердің әлсіз көрінетіндігін білдіреді. Олар сипаттамалық параметрлерді Планк мәндерімен салыстыруға болатын кезде ғана маңызды болуы мүмкін.
Микроәлем құбылыстарының айрықша ерекшелігі - физикалық шамалардың кванттық тербелістер деп аталатындығында. Бұл дегеніміз, физикалық шаманы белгілі бір күйде бірнеше рет өлшеу кезінде, негізінен, бақыланатын объектімен құрылғының бақылаусыз өзара әрекеттесуіне байланысты әр түрлі сандық мәндерді алу керек. Ауырлық күші кеңістік-уақыт қисаюының көрінісімен, яғни кеңістік-уақыт геометриясымен байланысты екенін еске түсірейік. Демек, t Pl реті мен l Pl тәртібінің арақашықтықтары кезінде кеңістік-уақыт геометриясы кванттық объектке айналады, ал геометриялық сипаттамалар кванттық тербелістерге ұшырайды деп күту керек. Басқаша айтқанда, Планк шкаласында кеңістіктік-уақыттық геометрия жоқ, бейнелеп айтқанда, кеңістік-көпіршігі.
Ауырлық күшінің дәйекті кванттық теориясы жасалынбаған. L Pl, t Pl шамаларының өте аз болуына байланысты кез-келген болашақта кванттық-гравитациялық эффекттер көрінетін эксперименттерді өткізу мүмкін болмайды деп күту керек. Сондықтан кванттық ауырлық күші мәселелерін теориялық зерттеу алға басудың жалғыз жолы болып қала береді. Алайда кванттық ауырлық күші болуы мүмкін құбылыстар бар ма? Ия, бар, және біз олар туралы жоғарыда айтып өттік. Бұл гравитациялық құлдырау және Үлкен жарылыс. Классикалық гравитация теориясына сәйкес, гравитациялық коллапсқа ұшыраған объект ерікті түрде кішігірім мөлшерде қысылуы керек. Бұл оның классикалық теория енді қолданылмайтын l l-мен салыстыруға болатындығын білдіреді. Дәл сол сияқты Үлкен жарылыс кезінде Әлемнің дәуірі t Pl-мен салыстырылды және оның өлшемдері l Pl болды. Бұл Үлкен Жарылыс физикасын түсіну классикалық теория шеңберінде мүмкін емес дегенді білдіреді. Сонымен, гравитациялық құлдыраудың соңғы сатысы мен Әлем эволюциясының бастапқы кезеңін сипаттау тек ауырлық күшінің кванттық теориясының қатысуымен жүзеге асырылуы мүмкін.

Әлсіз өзара әрекеттесу

Бұл өзара әрекеттесу кванттық эффектілердің принциптік маңызы бар элементар бөлшектердің ыдырауында эксперименттік түрде байқалатын іргелі өзара әрекеттесулердің ішіндегі ең әлсізі болып табылады. Еске салайық, гравитациялық өзара әрекеттесудің кванттық көріністері ешқашан байқалмаған. Әлсіз өзара әрекеттесу келесі ережені қолдану арқылы ажыратылады: егер нейтрино (немесе антинейтрино) деп аталатын элементар бөлшек өзара әрекеттесуге қатысса, онда бұл өзара әрекеттесу әлсіз болады.

Әлсіз өзара әрекеттесудің типтік мысалы - нейтронның бета-ыдырауы

N p + e - + e,

мұндағы n - нейтрон, p - протон, e - электрон, e - электронды антинейтрино. Алайда, жоғарыда аталған ереже кез-келген әлсіз өзара әрекеттесу актісі нейтрино немесе антинейтриномен жүруі керек дегенді білдірмейтіндігін есте ұстаған жөн. Нейтринолысыз ыдыраудың көп болатындығы белгілі. Мысал ретінде лямбда-гиперонның р протонына және теріс зарядталған пионға ay - ыдырау процесін атап өтуге болады. Қазіргі тұжырымдамаларға сәйкес нейтрон мен протон шын мәнінде қарапайым бөлшектер емес, кварктар деп аталатын қарапайым бөлшектерден тұрады.
Әлсіз өзара әрекеттесудің қарқындылығы Фермидің байланысу тұрақты G F-мен сипатталады. Тұрақты G F өлшемді. Өлшемсіз шаманы қалыптастыру үшін кейбір сілтеме массасын қолдану қажет, мысалы, протон массасы m p. Сонда өлшемсіз байланыс тұрақтысы болады

G F m p 2 ~ 10 -5.

Әлсіз өзара әрекеттесу гравитациялыққа қарағанда анағұрлым қарқынды екендігі байқалады.
Әлсіз өзара әрекеттесу, гравитациялыққа қарағанда, қысқа мерзімді. Бұл дегеніміз, бөлшектер арасындағы әлсіз өзара әрекеттесу бөлшектер бір-біріне жеткілікті жақын болған жағдайда ғана күшіне енеді. Егер бөлшектердің арақашықтығы өзара әрекеттесудің сипаттамалық радиусы деп аталатын белгілі бір шамадан асып кетсе, әлсіз әсерлесу өзін-өзі көрсете алмайды. Әлсіз әсерлесу сипаттамасының радиусы 10 -15 см-ге тең болатындығы, яғни әлсіз әсерлесу атом ядросының өлшемдерінен аз қашықтықта шоғырланғандығы эксперименталды түрде анықталды.
Неліктен әлсіз өзара әрекеттесу туралы іргелі өзара әрекеттің дербес түрі ретінде айтуға болады? Жауап қарапайым. Элементар бөлшектердің гравитациялық, электромагниттік және күшті өзара әрекеттесулеріне дейін азаятын процестерінің болатындығы анықталды. Ядролық құбылыстарда үш түрлі өзара әрекеттесулер бар екенін көрсететін жақсы мысал радиоактивтілікпен байланысты. Тәжірибелер радиоактивтіліктің үш түрлі түрінің бар екендігін көрсетеді: -, - және - радиоактивті ыдырау. Бұл жағдайда -күту күшті өзара әрекеттесуге байланысты, -күю - электромагниттік. Қалған ыдырауды электромагниттік және күшті өзара әрекеттесулермен түсіндіруге болмайды және біз әлсіз деп аталатын тағы бір іргелі өзара әрекеттесу бар екенін қабылдауға мәжбүрміз. Жалпы жағдайда әлсіз өзара әрекеттесуді енгізу қажеттілігі табиғатта электромагниттік және күшті ыдырауға сақтау заңдарымен тыйым салынған процестердің жүруіне байланысты.
Әлсіз өзара әрекеттесу мәні бойынша ядро \u200b\u200bішінде шоғырланғанымен, оның белгілі бір макроскопиялық көріністері бар. Жоғарыда атап өткеніміздей, бұл β-радиоактивтілік процесімен байланысты. Сонымен қатар, әлсіз өзара әрекеттесу жұлдыздарда энергия шығару механизміне жауап беретін термоядролық реакциялар деп аталатындарда маңызды рөл атқарады.
Әлсіз өзара әрекеттесудің ең таңқаларлық қасиеті - айна асимметриясы көрінетін процестердің болуы. Бір қарағанда, оң және оң ұғымдарының арасындағы айырмашылықтың ерікті екендігі анық көрінеді. Шынында да, гравитациялық, электромагниттік және күшті өзара әрекеттесу процестері спекулярлы шағылысты жүзеге асыратын кеңістіктік инверсияға қатысты инвариантты. Олар мұндай процестерде P кеңістіктік паритеті сақталады дейді.Бірақ, әлсіз процестер кеңістіктік паритетті сақтамай жүре беретіндігі және сол мен оңның арасындағы айырмашылықты сезінуі эксперименталды түрде анықталды. Қазіргі кезде әлсіз өзара әрекеттесулерде паритетті сақтамау әмбебап болып табылатындығының эксперименталды дәлелдері бар, ол қарапайым бөлшектердің ыдырауында ғана емес, сонымен қатар ядролық және тіпті атомдық құбылыстарда көрінеді. Айна асимметриясы табиғаттың ең негізгі деңгейдегі қасиеті екенін мойындау керек.
Әлсіз өзара әрекеттесудің тепе-теңдікті сақтамауы соншалықты ерекше болып көрінді, оны тапқаннан кейін дереу теоретиктер іс жүзінде сол және оң арасында толық симметрия бар екенін көрсетуге тырысты, тек оның бұрын ойлағаннан гөрі терең мағынасы бар. Спеулярлы шағылысу бөлшектерді антибөлшектермен алмастырумен бірге жүруі керек (заряд конъюгациясы С), содан кейін барлық негізгі өзара әрекеттесулер инвариантты болуы керек. Алайда кейінірек бұл инварианттылық әмбебап емес екендігі анықталды. Ұзақ өмір сүретін бейтарап каондардың p +, π - пиондарға айналуының әлсіз ыдырауы бар, егер көрсетілген инварианттық шынымен болған болса, тыйым салынады. Сонымен, әлсіз өзара әрекеттесудің айрықша қасиеті оның СР өзгермейтіндігі болып табылады. Мүмкін, бұл қасиет Әлемдегі материяның антибөлшектерден құралған антиматериалдан едәуір басым болатындығына жауап береді. Әлем мен анти-әлем асимметриялы.
Әлсіз өзара әрекеттесудің қандай бөлшектері екендігі туралы сұрақ ұзақ уақыт бойы түсініксіз болды. Түсінуге электрлік әлсіз өзара әрекеттесудің бірыңғай теориясы - Вайнберг-Салам-Глашов теориясы шеңберінде жақында қол жеткізілді. Қазір әлсіз өзара әрекеттесудің тасымалдаушылары W ± және Z 0 -босондар деп аталатыны жалпыға бірдей қабылданды. Бұлар спині 1 және массасы 100 м р-ге тең массалары бар W ± және бейтарап Z 0 қарапайым бөлшектері зарядталған.

Электромагниттік өзара әрекеттесу

Барлық зарядталған денелер, барлық зарядталған қарапайым бөлшектер электромагниттік өзара әрекеттесуге қатысады. Бұл тұрғыдан алғанда бұл әмбебап. Электромагниттік әсерлесудің классикалық теориясы - Максвелл электродинамикасы. Электрон заряды түйісу тұрақтысы ретінде алынады.
Егер тыныштық нүктелерінің q 1 және q 2 екі зарядын қарастырсақ, онда олардың электромагниттік өзара әрекеттесуі белгілі электростатикалық күшке дейін азаяды. Бұл дегеніміз, өзара әрекеттесу ұзақ қашықтықта болады және зарядтар арасындағы қашықтық өскен сайын баяу азаяды.
Электромагниттік өзара әрекеттесудің классикалық көріністері белгілі және біз оларға тоқталмаймыз. Кванттық теория тұрғысынан электромагниттік өзара әрекеттесудің тасымалдаушысы - қарапайым бөлшектер фотоны - спині бар массасыз бозон. Зарядтар арасындағы кванттық электромагниттік өзара әрекеттесу шартты түрде келесі түрде бейнеленген:

Зарядталған бөлшек фотон шығарады, нәтижесінде оның қозғалыс күйі өзгереді. Тағы бір бөлшек бұл фотонды жұтып, оның қозғалыс күйін де өзгертеді. Нәтижесінде бөлшектер бір-бірінің қатысуын сезетін сияқты. Электр зарядының өлшемді шама екендігі белгілі. Электромагниттік өзара әрекеттесудің өлшемсіз байланыс константасын енгізу ыңғайлы. Ол үшін іргелі тұрақтыларды қолданыңыз және с. Нәтижесінде біз атомдық физикада α \u003d e 2 / c ≈ 1/137 жұқа құрылым константасы деп аталатын келесі өлшемсіз байланыс константасына жетеміз.

Бұл тұрақтының гравитациялық және әлсіз өзара әрекеттесу тұрақтылығына қарағанда әлдеқайда жоғары екенін байқау қиын емес.
Қазіргі заманғы көзқарас бойынша электромагниттік және әлсіз өзара әрекеттесу бір электрлік әлсіз өзара әрекеттің әр түрлі жақтары болып табылады. Электрлік әлсіз өзара әрекеттесудің бірыңғай теориясы - Вейнберг-Салам-Глашов теориясы құрылды, ол электромагниттік және әлсіз өзара әрекеттесудің барлық аспектілерін бір тұрғыдан түсіндіреді. Біріккен өзара әрекеттесуді жеке-дара, мысалы, тәуелсіз өзара әрекеттесуге бөлудің қалай болатындығын сапалы деңгейде түсінуге бола ма?
Сипаттық энергиялар жеткілікті аз болғанша, электромагниттік және әлсіз әрекеттесулер бөлек және бір-біріне әсер етпейді. Энергияның жоғарылауымен олардың өзара әсері басталады және жеткілікті жоғары энергия кезінде бұл өзара әрекеттестіктер электрлік әлсіз өзара әрекеттесуге бірігеді. Сипаттық унификация энергиясы шамасы бойынша 10 2 ГэВ (ГеВ қысқартылған гигаэлектрон-вольттан, 1 ГэВ \u003d 10 9 эВ, 1 эВ \u003d 1,6 · 10 -12 эрг \u003d 1,6 · 10 19 Дж) құрайды. Салыстыру үшін электронның сутек атомының негізгі күйіндегі сипаттамалық энергиясы 10 -8 ГэВ ретімен, атом ядросының сипаттамалық байланыс энергиясы 10 -2 ГэВ ретімен, ал қатты дененің сипаттамалық байланыс энергиясы 10 -10 ГэВ-қа тең. Сонымен, электромагниттік және әлсіз өзара әрекеттесулердің бірігу сипаттамалық энергиясы атомдық және ядролық физикадағы сипаттамалық энергиямен салыстырғанда орасан зор. Осы себепті электромагниттік және әлсіз өзара әрекеттесу қарапайым физикалық құбылыстарда өзінің жеке мәнін көрсете алмайды.

Күшті өзара әрекеттесу

Күшті өзара әрекеттесу атом ядроларының тұрақтылығына жауап береді. Көптеген химиялық элементтердің атом ядролары тұрақты болғандықтан, оларды ыдырауға жол бермейтін өзара әрекеттесу жеткілікті күшті болуы керек. Ядролар протондар мен нейтрондардан тұратыны белгілі. Оң зарядталған протондардың әр түрлі бағытта шашырауын болдырмау үшін олардың арасында электростатикалық итеру күшінен асатын тартымды күштер болуы керек. Бұл тартымды күштерге жауапты күшті өзара әрекеттесу.
Күшті өзара әрекеттесудің тән ерекшелігі оның зарядтың тәуелсіздігі. Протондар, нейтрондар мен протон мен нейтрон арасындағы ядролық тарту күштері мәні жағынан бірдей. Демек, протон мен нейтрон күшті өзара әрекеттесу тұрғысынан ажыратылмайды және олар үшін бір ғана термин қолданылады. нуклон, яғни ядро \u200b\u200bбөлшегі.

Күшті әрекеттесудің сипаттамалық масштабын тыныштықтағы екі нуклонды қарастыру арқылы көрсетуге болады. Теория Юкава потенциалы түрінде олардың өзара әрекеттесуінің потенциалдық энергиясына әкеледі

мұндағы r 0 ≈10 -13 см мәні және ядроның сипаттамалық өлшемімен шамасына сәйкес келеді, ж бұл күшті өзара әрекеттесудің байланыстырушы константасы. Бұл байланыс күшті өзара әрекеттесудің қысқа аралықта болатындығын және мәні бойынша ядроның сипаттамалық өлшемінен аспайтын қашықтықта толығымен шоғырланғандығын көрсетеді. R\u003e r 0 үшін ол іс жүзінде жоғалады. Күшті өзара әрекеттесудің белгілі макроскопиялық көрінісі -радиоактивті әсер болып табылады. Алайда Юкаваның әлеуеті күшті өзара әрекеттесудің әмбебап қасиеті емес және оның іргелі аспектілерімен байланысты емес екенін ескеру қажет.
Қазіргі уақытта күшті өзара әрекеттесудің кванттық теориясы бар, оны кванттық хромодинамика деп атайды. Бұл теорияға сәйкес күшті әсерлесудің тасымалдаушылары қарапайым бөлшектер - глюондар болып табылады. Қазіргі заманғы тұжырымдамаларға сәйкес, күшті өзара әрекеттесуге қатысатын және адрон деп аталатын бөлшектер қарапайым бөлшектерден - кварктардан тұрады.
Кварктар - бұл нөлдік емес массасы бар 1/2 фермиондар. Кварктардың ең таңқаларлық қасиеті - олардың бөлшек электр заряды. Кварктар үш жұпта құрылады (дублеттің үш буыны), оларды былай белгілейді:

сен	c
г.	с	б

Кварктың әр түрі әдетте хош иіс деп аталады, сондықтан кварктың алты дәмі бар. Бұл жағдайда u-, c-, t-кварктарында электр заряды 2/3 | e | болады , және d-, s-, b-кварктар - электр заряды -1/3 | e |, мұндағы e - электрон заряды. Сонымен қатар, берілген дәмге арналған үш кварк бар. Олар түс деп аталатын кванттық санмен ерекшеленеді және үш мәнді алады: сары, көк, қызыл. Әр кварк антикваркқа сәйкес келеді, ол берілген кваркқа қатысты қарама-қарсы электр заряды бар және анти-түс деп аталатындар: сарыға қарсы, көкке қарсы, қызылға қарсы. Хош иістер мен түстердің санын ескере отырып, барлығы 36 кварк пен антикварк бар екенін көреміз.
Кварктар бір-бірімен массасыз спин-1 бозоны болып табылатын сегіз глюонның алмасуы арқылы әсерлеседі.Өзара әрекеттесу кезінде кварктардың түстері өзгеруі мүмкін. Бұл жағдайда күшті өзара әрекеттесу шартты түрде келесі түрде бейнеленеді:

Адронның құрамына кіретін кварк глюон шығарады, соған байланысты адронның қозғалыс күйі өзгереді. Бұл глюон басқа адронның құрамына кіретін кваркпен жұтылып, оның қозғалыс күйін өзгертеді. Нәтижесінде адрондардың бір-біріне әсер етуі орын алады.
Табиғат кварктардың өзара әрекеттесуі әрқашан дәл адрон болатын түссіз байланысқан күйлердің пайда болуына әкелетіндей етіп орналастырылған. Мысалы, протон мен нейтрон үш кварктан тұрады: p \u003d uud, n \u003d ud. Пион π - u кварк пен антикварктан тұрады: π - \u003d u. Глюондар арқылы кварк-кварк әсерлесуінің айрықша ерекшелігі мынада: кварктар арасындағы қашықтық азайған сайын олардың өзара әрекеттесуі әлсірейді. Бұл құбылыс асимптотикалық еркіндік деп аталады және адрондардың ішінде кварктарды еркін бөлшектер деп санауға болатындығына әкеледі. Асимптотикалық еркіндік кванттық хромодинамикадан табиғи түрде туындайды. Аралықтың ұлғаюына байланысты кварктардың өзара әрекеттесуі артуы керек деген эксперименттік және теориялық көрсеткіштер бар, соның арқасында кварктар адронның ішінде болуы энергетикалық тұрғыдан қолайлы. Демек, біз түссіз заттарды - адрондарды ғана бақылай аламыз. Түсі бар жалғыз кварктар мен глюондар еркін күйде бола алмайды. Элементтік бөлшектердің адрондар ішіндегі түсімен шектелу құбылысы шектеу деп аталады. Қамауды түсіндіру үшін әртүрлі модельдер ұсынылды, бірақ теорияның алғашқы қағидаларынан туындайтын дәйекті сипаттама әлі жасалынбаған. Сапалық тұрғыдан алғанда, қиындықтар түске ие глюондардың барлық түсті заттармен, соның ішінде бір-бірімен өзара әрекеттесуімен байланысты. Осы себепті кванттық хромодинамика мәні бойынша сызықтық емес теория болып табылады және кванттық электродинамика мен электрлік әлсіз теорияда қабылданған зерттеудің әдістері күшті өзара әрекеттесу теориясында жеткілікті дәрежеде емес.

Өзара әрекеттесуді біріктіру тенденциялары

Кванттық деңгейде барлық іргелі өзара әрекеттесулер дәл осылай көрінетінін көреміз. Заттың элементар бөлшегі элементар бөлшек шығарады - заттың басқа элементар бөлшегі сіңіретін өзара әрекеттесу тасымалдаушысы. Бұл заттар бөлшектерінің бір-біріне өзара әсер етуіне әкеледі.
Күшті әсерлесудің өлшемсіз байланыстыру константасын g2 / (c) 10 түріндегі ұсақ құрылым константасымен ұқсастығы бойынша құруға болады. Егер өлшемсіз байланыс константаларын салыстыратын болсақ, онда ең әлсізі - гравитациялық әсерлесу, содан кейін әлсіз, электромагниттік және күшті орналасқанын байқау қиын емес.
Егер қазір стандартты деп аталатын электрлі әлсіз өзара әрекеттесудің біртұтас теориясын ескеріп, біріздену тенденциясын ұстанатын болсақ, онда мәселе біртұтас электр әлсіздігі мен күшті өзара әрекеттесудің теориясын құруда туындайды. Қазіргі уақытта осындай біртұтас теорияның модельдері құрылды, оларды ұлы унификация моделі деп атайды. Осы модельдердің барлығына ортақ көптеген нәрселер бар, атап айтқанда, біртектіліктің энергиясы электромагниттік және әлсіз өзара әрекеттесудің сипаттамалық энергиясынан едәуір асып түсетін 10 15 ГэВ-қа тең келеді. Бұдан шығатыны, үлкен біріктіруді тікелей эксперименттік зерттеу тіпті алыс болашақта да проблемалы болып көрінеді. Салыстыру үшін, қазіргі заманғы үдеткіштердегі ең жоғары энергия 10 3 ГэВ-тен аспайтынын ескереміз. Сондықтан, үлкен біртектілік туралы кез-келген эксперименттік мәліметтер алынған жағдайда да, олар тек жанама сипатта болуы мүмкін. Атап айтқанда, үлкен унификация модельдері протондардың ыдырауын және үлкен массивті магниттік монополияның болуын болжайды. Бұл болжамдардың эксперименттік расталуы бірігу тенденцияларының зор жеңісі болар еді.
Бір үлкен өзара әрекеттесуді бөлек күшті, әлсіз және электромагниттік өзара әрекеттесуге бөлудің жалпы көрінісі келесідей. 10 15 ГэВ және одан жоғары ретті энергияларда біртұтас өзара әрекеттесу болады. Энергия 10 15 ГэВ-тан төмен болған кезде күшті және электрлік әлсіз өзара әрекеттесулер бір-бірінен бөлініп, әртүрлі іргелі өзара әрекеттесулер түрінде пайда болады. 10 2 ГэВ-тан төмен энергияның одан әрі төмендеуімен әлсіз және электромагниттік өзара әрекеттесулер бөлінеді. Нәтижесінде, макроскопиялық құбылыстар физикасына тән энергиялар шкаласында қарастырылып отырған үш өзара әсер олардың біртұтас табиғаты жоқ сияқты болып көрінеді.
Енді 10 15 ГэВ энергиясы Планк энергиясынан алыс емес екеніне назар аударыңыз

онда кванттық-гравитациялық эффекттер маңызды болады. Демек, үлкен унификация теориясы міндетті түрде кванттық тартылыс проблемасына алып келеді. Егер біз біртектес тенденцияны ұстануды жалғастыратын болсақ, онда энергия Планк мәнінен энергияға дейін төмендеген сайын жеке гравитациялық, күшті, әлсіз және электромагниттік болып бөлінетін, бәрін қамтитын бір іргелі өзара әрекеттесудің идеясын қабылдауымыз керек. кемінде 10 2 ГэВ.
Мұндай ұлы біріктіруші теорияны құру, әлсіз өзара әрекеттесудің стандартты теориясына және үлкен унификация модельдеріне алып келген идеялар жүйесі шеңберінде мүмкін емес. Жаңа, мүмкін, ессіз болып көрінетін идеяларды, идеяларды, әдістерді тарту қажет. Жақында пайда болған өте қызықты тәсілдерге қарамастан, мысалы, супергравитация және жол теориясы, барлық іргелі өзара әрекеттесулерді біріктіру мәселесі ашық күйінде қалып отыр.

Қорытынды

Сонымен, біз табиғаттың төрт өзара әрекеттесуіне қатысты негізгі ақпаратқа шолу жасадық. Осы өзара әрекеттесулердің микроскопиялық және макроскопиялық көріністері, олар маңызды рөл атқаратын физикалық құбылыстардың суреті қысқаша сипатталған.
Мүмкіндігінше біз бірігу тенденциясын байқауға, фундаменталды өзара әрекеттесудің жалпы белгілерін атап өтуге, құбылыстарға тән масштаб туралы мәліметтер беруге тырыстық. Әрине, мұнда ұсынылған материал толық деп мәлімдемейді және жүйелі түрде таныстыруға қажетті көптеген маңызды бөлшектерден тұрмайды. Біз көтерген мәселелердің егжей-тегжейлі сипаттамасы қазіргі заманғы теориялық жоғары энергетикалық физика әдістерінің барлық арсеналын қолдануды талап етеді және бұл мақаланың және ғылыми-көпшілік әдебиеттердің шеңберінен шығады. Біздің мақсатымыз қазіргі теориялық жоғары энергетикалық физика жетістіктерінің жалпы көрінісін, оның даму тенденцияларын ұсыну болды. Біз оқырманның материалды тәуелсіз, толығырақ зерттеуге деген қызығушылығын оятуға тырыстық. Әрине, мұндай тәсілмен белгілі бір кедір-бұдыр сөзсіз.
Ұсынылып отырған библиография оқырманға мақалада талқыланған мәселелер туралы тереңірек түсінуге мүмкіндік береді.

1. Окун Л.Б. а, б, г, З.Москва: Наука, 1985.
2. Окун Л.Б. Элементар бөлшектердің физикасы. Мәскеу: Наука, 1984 ж.
3. Новиков И.Д. Ғалам қалай жарылды. Мәскеу: Наука, 1988 ж.
4. Фридман Д., ван. П.Ниувенхуйсен, Успехи физ. ғылымдар. 1979 ж., 128-т., 135-т.
5. Хокинг С. Үлкен жарылыстан қара саңылауларға дейін: уақыттың қысқаша тарихы. М.: Мир, 1990 ж.
6. Дэвис П.Суперқуат: Табиғаттың біртұтас теориясын іздеу. М.: Мир, 1989.
7. Зельдович Я.Б., Хлопов М.Ю. Табиғатты танудағы идеялар драмасы. Мәскеу: Наука, 1987 ж.
8. Готфрид К., Вайскопф В. Бөлшектер физикасы туралы түсініктер. Мәскеу: Мир, 1988 ж.
9. Coughlan GD, Dodd J.E. Бөлшектер физикасының идеялары. Кембридж: Кембридж Университеті. Баспасөз, 1993 ж.

Күш - векторлық физикалық шама, бұл басқа денелердің, сондай-ақ өрістердің берілген денесіне әсер ету қарқындылығының өлшемі. Үлкен денеге түскен күш оның жылдамдығының өзгеруіне немесе ондағы деформациялардың пайда болуына себеп болады.

Қазіргі ғылымда өзара әрекеттесудің 4 түрі бар. Механикада қарастырылатын олардың екеуі деп аталады гравитациялық және электромагниттік... Олар қарапайым күштерге келтірілмейтін күштерге сәйкес келеді, сондықтан оларды атайды іргелі... Тағы екеуі: күшті және әлсіздер ядролық. Ауырлық күші және g. Деформация Басқа денелердің әсерінен дене мөлшері немесе пішіні өзгеруі ме. Мектеп физикасы курсынан білетіндей, барлық денелер электрлік зарядтардан тұрады. Денелер деформацияланған кезде зарядтардың арақашықтығы өзгереді, ал бұл өз кезегінде зарядтар арасындағы тартылыс және итеру күштері арасындағы тепе-теңдікке әкеледі. Дене созылған кезде зарядтар арасындағы тарту күштері басым болады және дене созылуға «қарсылық көрсетеді», сол сияқты қысу кезінде итеру күштері басым болады. Гук заңы. Қолдау реакциясы күші және суспензияның созылу күші. IN дененің салмағы дененің тірекке немесе суспензияға әсер ететін күші деп аталады. Дене тірекпен немесе суспензиямен әрекеттескенде дененің өзі деформацияланады, бұл тірекке немесе суспензияға әсер ететін серпімді күштің пайда болуына әкеледі. Салмақ күштері мен тірек реакциясы Ньютонның үшінші заңы бойынша өзара байланысты. Суспензиядағы дене үшін де осындай теңдік бар. T \u003d P. Үйкеліс күші.

Классикалық механика шеңберінде гравитациялық өзара әрекеттесу Ньютонның әмбебап тартылыс заңымен сипатталады, ол екі салмақтық материялық нүктелер арасындағы гравитациялық тартылыс күші және арақашықтықпен бөлінген екі массаға да пропорционалды және квадратқа кері пропорционалды деп тұжырымдайды. қашықтық - бұл:

Электромагниттік өзара әрекеттесу электрлік зарядталған бөлшектер арасында болады. Қазіргі көзқарас бойынша, зарядталған бөлшектер арасындағы электромагниттік өзара әрекеттесу тікелей емес, тек электромагниттік өріс арқылы жүзеге асырылады.

Күшті өзара әрекеттесуге адрондар (бариондар мен мезондар) деп аталатын кварктар мен глюондар және олардан тұратын бөлшектер қатысады. Ол адрондардағы кварктар арасындағы байланыс үшін және ядролардағы нуклондар (бариондардың бір түрі - протондар мен нейтрондар) арасындағы тартылысқа жауап бере отырып, атом ядросының мөлшері немесе одан кіші шкалалар бойынша әрекет етеді.

Әлсіз өзара әрекеттесу, немесе әлсіз ядролық күш табиғаттағы төрт іргелі өзара әрекеттің бірі. Бұл, атап айтқанда, ядроның бета-ыдырауына жауапты. Бұл өзара әрекеттесу әлсіз деп аталады, өйткені ядролық физика үшін маңызы зор қалған екі өзара әрекеттесу (күшті және электромагниттік) айтарлықтай жоғары қарқындылықпен сипатталады. Алайда, бұл гравитациялық, іргелі өзара әрекеттесулердің төртіншісіне қарағанда әлдеқайда күшті. Әлсіз өзара әрекеттесу қысқа қашықтықта болады - ол атом ядросының өлшемінен әлдеқайда аз қашықтықта көрінеді.

Сіз қандай күштерді білесіз? Ауырлық күші, жіптің керілуі,серіппені қысу, денелердің соқтығысуы, үйкеліс, жарылыс, ауа мен ортаға төзімділік, сұйықтықтың беттік керілісі, ван-дер-Ваальс күштері - және тізім мұнымен бітпейді. Бірақ бұл күштердің барлығы төрт іргетастың туындылары! Олар талқыланады.

Төрт күш

Физикалық заңдардың негіздерінің негізі болып табылады төрт іргелі өзара әрекеттесу, олар әлемдегі барлық процестерге жауап береді. Егер қарапайым бөлшектерді болмыстың кірпішімен салыстыруға болатын болса, онда өзара әрекеттесу цемент ерітіндісі болып табылады. Күшті, электромагниттік, әлсіз және гравитациялық - өзара әрекеттесу дәл осы тәртіпте күштіден әлсізге дейін қарастырылады. Оларды қарапайымға дейін қысқартуға болмайды, сондықтан оларды іргелі деп атайды.

Күштерді сипаттауға кіріспес бұрын, өзара әрекеттесу сөзінің нені білдіретінін түсіндіру қажет. Физиктер оны белгілі бір делдалдардың алмасуы нәтижесінде қарастырады, оларды әдетте атайды өзара әрекеттесудің тасымалдаушылары.

Ең қарқынды бастайық. Күшті өзара әрекеттесу өткен ғасырдың 30-жылдары атомды белсенді зерттеу кезеңінде ашылды. Оның ядросының тұтастығы мен тұрақтылығы өте күшті өзара әрекеттесу арқылы қамтамасыз етіледі нуклондар өз арамызда.

Ядролар (латын тілінен ядро \u200b\u200b- ядро) - протондар мен нейтрондардың жалпы атауы, атом ядросының негізгі компоненттері. Күшті өзара әрекеттесу тұрғысынан бұл бөлшектерді ажырату мүмкін емес. Нейтрон протоннан 0,13% ауыр - бұл гравитациялық өзара әрекеттесу байқалған тыныштық массасы бар жалғыз қарапайым бөлшек болу үшін жеткілікті болып шықты.

Ядролардың мазмұны бір-біріне күшті өзара әрекеттесудің «ресми» тасымалдаушылары болып табылатын mes-мезондардың - ерекше кванттарының арқасында тартылады. Бұл ядролық күш ең әлсіз өзара әрекеттесуден - гравитациялық күшке қарағанда 1038 есе күшті. Егер күшті өзара әрекеттесу кенеттен жоғалып кетсе, ғаламдағы атомдар лезде ыдырап кетер еді. Олардың артында молекулалар, содан кейін материя жатыр - қарапайым бөлшектерді қоспағанда, айналамыздағы барлық шындық өмір сүруді тоқтатады. Олардың «қарым-қатынасының» қызықты ерекшелігі - қысқа аралықтағы әрекет: оң зарядталған бөлшектер, протондар бір-біріне тек тікелей жанасқанда ғана тартылады.

Егер протондар бір-бірінен біраз қашықтықта болса, электромагниттік зарядталған бөлшектер репеляцияланатын және зарядталған бөлшектер тартылатын өзара әрекеттесу. Зарядталмаған бөлшектер жағдайында бұл күш пайда болмайды - әйгілі Кулонның стационарлық нүктелік электр зарядтары туралы заңын еске түсірейік. Электромагниттік күштердің тасымалдаушылары фотондар болып табылады, олар басқалармен қатар Күн энергиясының біздің планетамызға өтуін қамтамасыз етеді. Бұл күштің алынып тасталуы Жерге толық қату қаупін төндіреді. Электромагниттік өзара әрекеттесу гравитациялық күшке қарағанда 1035 есе күшті, яғни ядролыққа қарағанда 100 есе әлсіз.

Табиғат жойылып кететін төмен қарқындылықпен және әсер ету радиусымен өте аз (атом ядросынан аз) сипатталатын тағы бір іргелі күшті болжады. бұл әлсіз өзара әрекеттесу - оның тасымалдаушылары арнайы зарядталған және бейтарап бозондар. Әлсіз күштердің жауапкершілік аймағы, ең алдымен, протон, электрон және (анти-) нейтрино түзілуімен жүретін нейтронның бета-ыдырауы болып табылады. Мұндай түрленулер Күнде белсенді түрде жүруде, бұл сіз бен біз үшін осы іргелі өзара әрекеттесудің маңыздылығын анықтайды.

(Un) ауырлық күші

Барлық сипатталған күштер жеткілікті егжей-тегжейлі зерттелген және әлемнің физикалық көрінісіне органикалық түрде енгізілген. Алайда, соңғы күш гравитациялық, оның төмен қарқындылығымен ерекшеленеді, оның мәні туралы әлі де болжауға тура келеді.

Гравитациялық өзара әрекеттесудің парадоксы - біз оны әр секунд сайын сезінеміз, бірақ тасымалдаушыны ешқандай жолмен жөндей алмаймыз. Жарық жылдамдығымен гравитонның гипотетикалық кванты бар деген болжам ғана бар. Ол интерференция мен дифракцияға қабілетті, бірақ заряды жоқ. Ғалымдардың пайымдауынша, бір бөлшек гравитон шығарған кезде оның қозғалыс сипаты өзгереді - квант алатын бөлшекпен ұқсас жағдай дамиды. Техника деңгейі гравитонды «көруге» және оның қасиеттерін толығырақ зерттеуге әлі мүмкіндік бермейді. Ауырлық күші әлсіз өзара әрекеттесуден 1025 есе аз.

Ауырлық күші мүлдем әлсіз болып көрінбейтіні қалай дейсің! Бұл № 4. іргелі өзара әрекеттесудің ерекше қасиеттері. Мысалы, әмбебаптық - кез-келген массаға ие кез-келген дене кез-келген кедергіден өте алатын кеңістікте гравитациялық өріс жасайды. Оның үстіне, ауырлық күші зат массасына қарай артады - тек осы өзара әрекеттесуге тән қасиет.

Сондықтан адаммен салыстырғанда алып Жер өзінің айналасында ауаны, суды, тастарды және, әрине, тірі қабықты жер бетінде ұстап тұратын гравитациялық өріс жасайды. Егер ауырлық күші бірден жойылса, біз ғарышқа баратын жылдамдық 500 м / с болады. Электромагниттік өзара әрекеттесумен қатар, ауырлық күші де үлкен ауқымға ие. Сондықтан оның Әлемдегі қозғалатын денелер жүйесіндегі рөлі орасан зор. Бір-бірінен едәуір қашықтықта орналасқан екі адамның арасында да микроскопиялық гравитациялық тартылыс бар.

Гравитациялық зеңбірек - локализацияланған гравитациялық өріс жасайтын ойдан шығарылған қару. Қару өріс күші арқасында заттарды тартуға, көтеруге және лақтыруға мүмкіндік береді. Бұл тұжырымдама бірінші рет Half-life 2 компьютерлік ойынында қолданылды.

Көлденең осьтің айналасында еркін айналатын сақиналы жақтаудың ортасына тігінен орнатылған айналдырғышты елестетіп көріңіз. Бұл жақтау - оны ішкі деп атайық - өз кезегінде көлденең жазықтықта еркін айналатын сыртқы сақина шеңберіне бекітілген. Шыңның айналасындағы құрылым аталды гимбалжәне мұның бәрі бірге гироскоп.

Тыныштық жағдайында гироскоптағы шыңы тік күйде бейбіт түрде айналады, бірақ сыртқы күштер, мысалы, үдеу - шыңның айналу осін айналдыруға тырысқанда, ол осы әсерге перпендикуляр болады. Гироскопта шыңды қанша бұруға тырысқанымызбен, ол тік күйінде айналады. Ең дамыған гироскоптар тіпті Жердің айналуына жауап береді, оны алғаш рет француз көрсетті Жан Бернард Фуко 1851 ж. Егер біз гироскопты шыңның кадрға қатысты орналасуын оқитын сенсормен жабдықтасақ, біз кеңістіктегі объектінің қозғалысын бақылауға мүмкіндік беретін дәл навигациялық құрылғы аламыз - мысалы, ұшақ.

Гравитациялық әсерлер

Гравитация кеңістіктегі үлкен, әлдеқайда массивті объектілермен қатал әзіл ойната алады - мысалы, эволюцияның кейінгі кезеңдеріндегі жұлдыздар. Ауырлық күші жұлдызды қысып, белгілі бір сәтте ішкі қысымды басып озады. Мұндай объектінің радиусы гравитациялыққа қарағанда аз болған кезде, құлаужәне жұлдыз сөнеді. Бұдан ешқандай ақпарат шықпайды, тіпті жарық сәулелері де тартудың үлкен күшін жеңе алмайды. Қара тесік осылай туады.

Планеталар, заттар әлдеқайда миниатюралық, өздерінің гравитациялық ерекшеліктеріне ие. Сонымен, Жер өз массасының арқасында кеңістік-уақытты бүгіп, оны айналуымен бұрады! Бұл құбылыстар сәйкесінше геодезиялық прецессия және гравитомагниттік әсер деп аталады.

Геодезиялық прецессия дегеніміз не? Нысан біздің планетамыздың орбита бойымен қозғалады деп елестетіп көрейік, оның бетінде (нөлдік ауырлықта) жоғарғы жылдамдықпен айналады. Оның осі жылына 6,6 доғалық секундтық жылдамдықпен қозғалыс бағытында ауытқиды. Жер өз масштабымен қоршаған кеңістік-уақытты иіп, онда өзіндік ойық жасайды.

Гравитомагниттік әсер (Линза - Тиринг эффектісі) таяқтың қою балдағы айналуының жақсы көрінісі: ол спираль құйындысын құра отырып, тұтқыр тәтті масса бойымен жүреді. Сонымен Жер өз осінің айналасында «бал» кеңістігін айналады. Жыл сайын микроскопиялық 0,04 доғалық секунд бойынша Жердің айналу бағыты бойынша ауытқып тұратын жоғарғы осі тағы да осылай бекітіледі.

Біздің планета өзінің тартылыс күшімен уақыт пен кеңістікке әсер етеді. Ұзақ уақыт бойы бұл мәлімдеме Эйнштейн мен оның ізбасарларының гипотезасы болып қала берді, 2004 жылы американдықтар Gravity Probe-B спутнигін ұшырды. Құрылғы Жердің полярлық орбитасында айналды және әлемдегі ең дәл гироскоптармен - шыңдардың күрделі аналогтарымен жабдықталды. Бұл техникалық шедеврлердің күрделілігіне гироскоптардың шарларындағы бұзушылықтардың екі-үш атомнан аспағаны дәлел. Егер сіз осы миниатюралық сфераларды Жердің көлеміне дейін үлкейтсеңіз, онда ең үлкен заңсыздықтың биіктігі үш метрден аспайды! Мұндай амалдар кеңістіктің уақыт қисаюын эксперименттік жолмен орнату үшін қажет болды. Орбитада 17 ай жұмыс істегеннен кейін, жабдық төрт супер гироскоптың айналу осьтерінің орын ауыстыруын бірден тіркеді!

Gravity Probe-B эксперименті кезінде жалпы салыстырмалылықтың екі әсері дәлелденді: кеңістік-уақыттың қисықтығы (геодезиялық прецессия) және массивтік денелердің жанында қосымша үдеудің пайда болуы (гравитомагниттік эффект).

Гравитацияның басқа көптеген айқын әсерлері бар. Мысалы, біздің денеде гравитацияға бейімделмеген бірде-бір орган жоқ.

Сондықтан адамның ұзақ уақыт бойы салмақсыз күйде болуы өте ерекше және тіпті қауіпті: қан бүкіл денеде мидың тамырларына және сүйектеріне шамадан тыс қысым жасайтын етіп қайта бөлінеді, уақыт өте келе кальций тұздарын сіңіруден бас тартыңыз және қамыс тәрізді сынғыш болыңыз. Адам үнемі физикалық күш салу арқылы ғана өзін салмақсыздықтың әсерінен ішінара қорғай алады.

Айдың гравитациялық өрісі Жерге және оның тұрғындарына әсер етеді - бәрі ығысу мен ағым туралы біледі. Орталықтан тепкіш күштің әсерінен Ай бізден жылына 4 см алшақтайды, ал толқындардың қарқындылығы шексіз төмендейді. Тарихқа дейінгі кезеңде Ай Жерге әлдеқайда жақын болды, сәйкесінше толқын да маңызды болды. Мүмкін бұл тірі организмдердің құрлықта пайда болуын алдын-ала анықтаған негізгі фактор болған шығар.

Ауырлық күшіне қандай бөлшек жауап беретінін біз әлі білмесек те, біз оны өлшей аламыз! Ол үшін арнайы құрылғы қолданылады - гравиметргеологтар пайдалы қазбаларды іздеуде белсенді жұмыс істейді.

Жер бетінің қалыңдығында тау жыныстары әр түрлі тығыздыққа ие, сондықтан олардың тартылыс күші әр түрлі болады. Бұл жеңіл көмірсутектердің (мұнай мен газдың) шөгінділерін, сондай-ақ металл кендерінің тығыз жыныстарын анықтау үшін қолданыла алады. Тартылу күші белгілі массасы бар дененің еркін түсу жылдамдығының немесе маятниктің соққысының ең аз өзгерісін тіркеу арқылы өлшенеді. Бұл үшін олар тіпті арнайы өлшем бірлігін - Гал (Гал) құрметіне енгізді Галилео Галилей, тарихта бірінші болып ауырлық күшін еркін түсіп жатқан дене жолын өлшеу арқылы анықтады.

Жердің тартылыс күшін ғарыштан ұзақ уақыт зерттеу біздің планетамыздың гравитациялық ауытқуларының картасын жасауға мүмкіндік берді. Ауырлық күшінің жекелеген бөлікке күрт өсуі жер сілкінісі немесе жанартау атқылауының хабаршысы болуы мүмкін.

Іргелі өзара әрекеттесуді зерттеу әлі де қарқын ала бастады. Төрт ғана күш бар - бес немесе он болуы мүмкін деп нақты айту мүмкін емес. Ғалымдар барлық өзара әрекеттесулерді бір модельдің «шатыры» астына жинауға тырысуда, бірақ о, оны құрудан қаншалықты алыс. Гипотетикалық гравитон негізгі тарту орталығына айналады. Скептиктер бұл квантты адам ешқашан түзете алмайды, өйткені оның қарқындылығы өте төмен, бірақ оптимистер физика технологиялары мен әдістерінің болашағына сенеді. Күте тұрыңыз.

Іргелі өзара әрекеттесу

Табиғатта табиғат жүйелері мен құрылымдарының алуан түрлілігі бар, олардың ерекшеліктері мен дамуы материалдық объектілердің өзара әрекеттесуімен, яғни бір-біріне өзара әрекеттесуімен түсіндіріледі. Дәл өзара әрекеттесу материя қозғалысының басты себебі болып табылады және ол шығу тегі мен жүйелік ұйымына қарамастан барлық материалдық объектілерге тән. Өзара әрекеттесу қозғалыс сияқты әмбебап болып табылады. Өзара әрекеттесетін заттар энергия мен импульс алмасады (бұл олардың қозғалысының негізгі сипаттамалары). Классикалық физикада өзара әрекеттесу бір заттың екінші затқа әсер ету күшімен анықталады. Ұзақ уақыт бойы парадигма солай болды алыс қашықтықтағы әрекет ұғымы - бір-бірінен үлкен қашықтықта орналасқан материалдық объектілердің өзара әрекеттесуі және ол бос кеңістік арқылы лезде беріледі... Қазіргі уақытта тағы бір эксперименттік расталған - қысқа диапазон туралы түсінік - өзара әрекеттесу физикалық өрістер көмегімен вакуумдағы жарық жылдамдығынан аспайтын ақырғы жылдамдықпен беріледі. Физикалық өріс - бұл материалдық объектілер мен олардың жүйелерінің өзара әрекеттесуін қамтамасыз ететін материяның ерекше түрі (келесі өрістер: электромагниттік, гравитациялық, ядролық күштер өрісі - әлсіз және күшті). Физикалық өрістің көзі - элементар бөлшектер (электромагниттік - зарядталған бөлшектер), кванттық теорияда өзара әрекеттесу бөлшектер арасындағы өріс кванттарының алмасуына байланысты.

Табиғатта төрт негізгі өзара әрекеттесу бар: күшті, электромагниттік, әлсіз және гравитациялық, олар қоршаған әлемнің құрылымын анықтайды.

Күшті өзара әрекеттесу (ядролық өзара әрекеттесу) - атом ядроларының құрамдас бөліктерінің (протондар мен нейтрондардың) өзара тартымдылығы және глюондар арқылы берілетін шамамен 10 -1 3 см қашықтықта әрекет етеді. Электромагниттік өзара әрекеттесу тұрғысынан протон мен нейтрон әртүрлі бөлшектер, өйткені протон электрлік зарядталған, ал нейтрон олай емес. Бірақ күшті өзара әрекеттесу тұрғысынан бұл бөлшектерді ажырату мүмкін емес, өйткені тұрақты күйде нейтрон тұрақсыз бөлшек болып, протонға, электронға және нейтриноға ыдырайды, бірақ ядро \u200b\u200bшеңберінде ол ұқсастыққа ие болады қасиеттері протонға, сондықтан термин «нуклон (лат. бастап) ядро - ядро) «және нейтронды протон нуклонның екі түрлі күйі ретінде қарастырыла бастады. Ядродағы нуклондардың өзара әрекеттесуі неғұрлым күшті болса, ядро \u200b\u200bнеғұрлым тұрақты болса, меншікті байланыс энергиясы соғұрлым көп болады.

Тұрақты затта протондар мен нейтрондардың өзара әрекеттесуі тым жоғары емес температурада жоғарылайды, бірақ егер ядролардың немесе олардың бөліктерінің (үлкен энергиясы бар нуклондардың) соқтығысуы орын алса, онда ядролық реакциялар пайда болады, олар үлкен энергияның бөлінуімен жүреді.

Белгілі бір жағдайларда күшті өзара әрекеттесу бөлшектерді атом ядроларына - байланыстыру энергиясы жоғары материалды жүйелерге өте қатты байланыстырады. Дәл осы себепті атомдардың ядролары өте тұрақты, оларды жою қиын.

Күшті өзара әрекеттесу болмаса, атом ядролары болмас еді, ал жұлдыздар мен Күн ядролық энергияның әсерінен жылу мен жарық шығара алмады.

Электромагниттік өзара әрекеттесу электр және магнит өрістері арқылы беріледі. Электр өрісі электр зарядтарының қатысуымен, ал олар қозғалғанда магнит өрісі пайда болады. Өзгеретін электр өрісі айнымалы магнит өрісін тудырады - бұл айнымалы магнит өрісінің көзі. Өзара әсерлесудің бұл түрі электрлік зарядталған бөлшектерге тән. Электромагниттік өзара әрекеттесудің тасымалдаушысы зарядсыз фотон - электромагниттік өрістің кванты. Электромагниттік өзара әрекеттесу процесінде электрондар мен атом ядролары атомдарға, атомдар - молекулаларға бірігеді. Белгілі бір мағынада бұл өзара әрекеттесу химия мен биологияда маңызды болып табылады.

Біз қоршаған әлем туралы 90% ақпаратты электромагниттік толқын арқылы аламыз, өйткені әртүрлі агрегаттық күйлер, үйкеліс, серпімділік және т.б. табиғатында электромагниттік болып табылатын молекулааралық өзара әрекеттесу күштерімен анықталады. Электромагниттік өзара әрекеттесу Кулон, Ампер және Максвеллдің электромагниттік теориясының заңдарымен сипатталады.

Электромагниттік өзара әрекеттесу әр түрлі электр құрылғыларын, радио, теледидар, компьютерлер және т.б. Бұл күштіге қарағанда мың есе әлсіз, бірақ әлдеқайда ұзақ мерзімді.

Онсыз электромагниттік өзара әрекеттесу атомдар, молекулалар, макробъектілер, жылу мен жарық болмас еді.

3. Әлсіз өзара әрекеттесу Фотоннан басқа, әр түрлі бөлшектер арасында, ол қысқа диапазонда болады және 10 -15 - 10 -22 см атом ядросының өлшемінен кіші қашықтықта көрінеді, әлсіз өзара әрекеттесу күштіге қарағанда әлсіз және онымен бірге өңделеді әлсіз өзара әрекеттесу күштіге қарағанда баяу жүреді. Тұрақсыз бөлшектердің ыдырауына жауап береді (мысалы, нейтронның протонға, электронға, антинейтриноға айналуы). Дәл осы өзара әрекеттесу салдарынан бөлшектердің көпшілігі тұрақсыз. Әлсіз өзара әрекеттесудің тасымалдаушылары протондар мен нейтрондардың массасынан 100 есе үлкен массасы бар виондар, бөлшектер. Осы өзара әрекеттесудің арқасында Күн жарқырайды (протон нейтронға, позитронға, нейтриноға айналады, шығарылатын нейтрино үлкен ену қабілетіне ие).

Әлсіз өзара әрекеттесу болмаса, Күн мен жұлдыздардың ішкі бөлігінде ядролық реакциялар мүмкін болмас еді және жаңа жұлдыздар пайда болмас еді.

4. Гравитациялық өзара әрекеттесу элементар бөлшектер теориясында ең әлсіз, ескерілмейді, өйткені оларға тән қашықтықта (10 -13 см) әсерлер аз, ал ультра-кіші қашықтықта (10 -33 см) және ультра жоғары энергияларда, ауырлық күші маңызды болады және физикалық вакуумның ерекше қасиеттері байқала бастайды ...

Ауырлық күші (лат. Gravitas - «ауырлық күші») - фундаментальды өзара әрекеттесу ұзақ қашықтықта болады (бұл массивтік дене қалай қозғалса да, кеңістіктің кез-келген нүктесінде гравитациялық потенциал дененің берілген уақыттағы орнына байланысты болады дегенді білдіреді уақыт) және барлық материалдық денелер оған бағынады ... Негізінен, гравитация ғарыштық ауқымда шешуші рөл атқарады, Megaworld.

Классикалық механика шеңберінде гравитациялық өзара әрекеттесу сипатталған тартылыс заңы Ньютон, ол салмақтың екі материалдық нүктесінің арасындағы гравитациялық тарту күші деп айтады м 1 және м 2 қашықтықпен бөлінген R, Сонда бар

Қайда G - гравитациялық тұрақты.

Гравитациялық өзара әрекеттесусіз галактикалар, жұлдыздар, планеталар, Әлемнің эволюциясы болған жоқ.

Элементар бөлшектердің түрленуі жүретін уақыт өзара әрекеттесу күшіне байланысты (күшті өзара әрекеттесу кезінде ядролық реакциялар 10 -24 - 10 -23 с аралығында жүреді, ал электромагниттік жағдайда - 10 шегінде өзгереді - 19 - 10 -21 с., 10 -10 с ішінде әлсіз ыдырау кезінде.).

Барлық өзара әрекеттесу күрделі және әр түрлі материалдық әлем құру үшін қажет және жеткілікті, олардан ғалымдардың пікірінше алуға болады супердержава (өте жоғары температурада немесе энергияда барлық төрт өзара әрекеттесу біріктіріледі бір нәрсе).