Фундаментальные взаимодействия

2026-03-07T08:35:12Z

37.215.33.59:

{{другое значение|Слово «[[Взаимодействие (значения)|Взаимодействие]]» имеет и другие значения.}}
{{ЛП|Энергия взаимодействия}}
{{Таблица элементарных частиц|500}}

'''Фундамента́льные взаимоде́йствия''', также известные как '''фундаментальные силы''' — качественно различающиеся типы взаимодействия [[Элементарная частица|элементарных частиц]] и составленных из них тел.

На сегодня достоверно известно существование четырёх фундаментальных взаимодействий (не считая [[Поле Хиггса|поля Хиггса]]):
* [[Гравитация|гравитационного]];
* [[электромагнитное взаимодействие|электромагнитного]];
* [[сильное взаимодействие|сильного]];
* [[слабое взаимодействие|слабого]].
При этом электромагнитное и слабое взаимодействия являются проявлениями единого [[электрослабое взаимодействие|электрослабого взаимодействия]].

Ведутся поиски других типов фундаментальных взаимодействий, как в явлениях микромира, так и в космических масштабах, однако пока какого-либо другого типа фундаментального взаимодействия не обнаружено (см. [[Пятая сила]]).

В [[Теории Великого объединения|теориях Великого объединения]] предполагается существование [[Электроядерное взаимодействие|электроядерного взаимодействия]]. Возможно, [[нарушение CP-инвариантности]] вызывается [[Сверхслабое взаимодействие|сверхслабым взаимодействием]].

== Сводная таблица ==
{| class="wikitable"
! Взаимодействие
! Текущее описание теорией
! [[Заряд (физика)|Заряд]]
! Частица-переносчик
! Относительная сила<ref>Приближённо. См. [[Константа взаимодействия]] для более точного значения силы в зависимости от частицы и её энергии.</ref>
! Зависимость от расстояния
! Радиус воздействия ([[Метр|м]])
|-
| [[Гравитация]]
| [[Общая теория относительности|Общая теория относительности (ОТО)]]
| [[Масса]]
| [[Гравитон]] (гипотетич.)
|style="text-align: center"| 1
|style="text-align: center"| <math>\frac{1}{r^2}</math>
|style="text-align: center"| ∞
|-
| [[Слабое взаимодействие|Слабое]]
| [[Электрослабое взаимодействие|Теория электрослабого взаимодействия (ТЭВ)]]
| [[Слабый изоспин]]
| [[W- и Z-бозоны|W+-, W−- и Z0-бозоны]]
|style="text-align: center"| 1025
|style="text-align: center"| <math> \frac{1}{r}\, e^{-m_{W,Z}\, r}</math>
|style="text-align: center"| 10−18
|-
| [[Электромагнитное взаимодействие|Электромагнитное]]
| [[Квантовая электродинамика|Квантовая электродинамика (КЭД)]]
| [[Электрический заряд]]
| [[Фотон]]
|style="text-align: center"| 1036
|style="text-align: center"| <math>\frac{1}{r^2}</math>
|style="text-align: center"| ∞
|-
| [[Сильное взаимодействие|Сильное]]
| [[Квантовая хромодинамика|Квантовая хромодинамика (КХД)]]
| [[Цветовой заряд]]
| [[Глюон]]ы
|style="text-align: center"| 1038
|style="text-align: center"| <math>{1}</math>
|style="text-align: center"| 10−15
|}

== История ==
[[Ньютон, Исаак|Ньютон]] в [[Второй закон Ньютона|своём втором законе]] (1687 г.<ref>Исаак Ньютон, «[[Математические начала натуральной философии]]».</ref>) постулировал, что причиной изменения движения тел является [[сила]]. Физикам было известно множество самых разнообразных сил: [[сила тяжести]], [[сила натяжения]] нити, [[Закон Гука|сила сжатия пружины]], [[Сила инерции|сила столкновения тел]], [[сила трения]], [[Сопротивление воздуха|сила сопротивления воздуха]], [[Фортификационные расчёты|сила взрыва]] и т. д.

Исследования XVIII—XIX веков привели к открытию [[Атомная теория|атомарной структуры вещества]], и стало понятно, что всё разнообразие этих сил есть результат взаимодействия атомов друг с другом. Поскольку основной вид [[межатомное взаимодействие|межатомного взаимодействия]] — [[электромагнитное поле|электромагнитное]], то, как оказалось, большинство этих сил — лишь различные проявления [[Электромагнитное взаимодействие|электромагнитного взаимодействия]]. Одно из исключений составляет, например, сила тяжести, причиной которой является [[гравитационное взаимодействие]] между телами, обладающими [[Масса|массой]].

[[Файл:Standard Model of Elementary Particles ru.svg|thumb|300px|right|[[Калибровочные бозоны]] в рамках [[Стандартная модель|Стандартной модели]]]]

Таким образом, к началу [[XX век]]а выяснилось, что все известные к тому моменту силы сводятся к двум фундаментальным взаимодействиям: электромагнитному и гравитационному.

В [[1930-е|1930-е годы]] физики обнаружили, что [[Атомное ядро|ядра атомов]] состоят из [[нуклон]]ов ([[протон]]ов и [[нейтрон]]ов). Стало понятно, что ни электромагнитные, ни гравитационные взаимодействия не могут объяснить, что удерживает нуклоны в ядре. Было постулировано существование нового фундаментального взаимодействия: [[Сильное взаимодействие|сильного взаимодействия]]. Однако в дальнейшем оказалось, что и этого недостаточно, чтобы объяснить некоторые явления в [[Микромир (физика)|микромире]]. В частности, было непонятно, что заставляет [[Бета-распад нейтрона|распадаться]] свободный нейтрон. Тогда было постулировано существование [[Слабое взаимодействие|слабого взаимодействия]], и этого оказалось достаточно для описания всех до сих пор наблюдавшихся явлений в микромире.

После открытия [[Бозон Хиггса|бозона Хиггса]] [[поле Хиггса]] стали иногда называть пятым фундаментальным взаимодействием<ref>[http://elementy.ru/video?pubid=432213 Физика элементарных частиц. Дмитрий Казаков, Валерий Рубаков Часть 1. Дмитрий Казаков. Пятая сила и фантазии о единой теории] {{Wayback|url=http://elementy.ru/video?pubid=432213 |date=20140719010757 }}.</ref>.

== Создание единой теории фундаментальных взаимодействий ==
Первой из теорий взаимодействий стала теория [[электромагнетизм]]а, созданная [[Максвелл, Джеймс Клерк|Максвеллом]] в [[1863 год]]у. Затем в [[1915 год]]у [[Эйнштейн, Альберт|Эйнштейн]] сформулировал [[Общая теория относительности|общую теорию относительности]], описывающую [[гравитационное поле]]. Появилась идея построения единой теории фундаментальных взаимодействий (которых на тот момент было известно только два), подобно тому как Максвеллу удалось создать общее описание электрических и [[Магнетизм|магнитных явлений]]. Такая единая теория объединила бы гравитацию и электромагнетизм в качестве частных проявлений некоего единого взаимодействия.

В течение первой половины XX века ряд физиков предприняли многочисленные попытки создания такой теории, однако ни одной полностью удовлетворительной модели выдвинуто не было. Это, в частности, связано с тем, что общая теория относительности и теория электромагнетизма различны по своей сути. Тяготение описывается искривлением [[пространство-время|пространства-времени]], и в этом смысле гравитационное поле условно нематериально ([[Квантование (физика)|эмпирически недискретно]]), но, как и прочие формы взаимодействия, распространяется с предельно допустимой [[Скорость света|скоростью света]] (см. [[скорость гравитации]]), в то время как электромагнитное поле являет все необходимые атрибуты [[материя (философия)|материи]].

Во второй половине XX столетия задача построения единой теории осложнилась необходимостью внесения в неё слабого и сильного взаимодействий, а также необходимостью [[Квантование (физика)|квантования]] теории.

В [[1967 год]]у [[Салам, Абдус|Саламом]] и [[Вайнберг, Стивен|Вайнбергом]] была создана [[Электрослабое взаимодействие|теория электрослабого взаимодействия]], объединившая электромагнетизм и слабые взаимодействия. Позднее в [[1973 год]]у была предложена теория [[Сильное взаимодействие|сильного взаимодействия]] ([[квантовая хромодинамика]]). На их основе была построена [[Стандартная модель]] элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабые и сильное взаимодействия.

Экспериментальная проверка Стандартной модели заключается в обнаружении предсказанных ею частиц и их свойств. В настоящий момент открыты все элементарные частицы [[Стандартная модель|стандартной модели]].

Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: общей теорией относительности и стандартной моделью. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания [[квантовая гравитация|квантовой теории гравитации]]. Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий используются различные подходы: [[теория струн|теории струн]], [[петлевая квантовая гравитация]], а также [[М-теория]].

Гипотеза о количестве фундаментальных физических взаимодействий — почему в природе именно то количество взаимодействий, которое предполагают существующими — была высказана относительно недавно в [[Московский государственный университет|МГУ]]. Предполагается, что количество фундаментальных взаимодействий зависит от вида коэффициента затухания в рассматриваемых уравнениях колебаний. При этом некоммутативная структура этого коэффициента свидетельствует в пользу существования поля Хиггса в качестве фундаментального взаимодействия<ref>{{Cite web|url=https://ru.scribd.com/document/465355079/%D0%9E-%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B5-%D1%84%D1%83%D0%BD%D0%B4%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D1%85-%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85-%D0%B2%D0%B7%D0%B0%D0%B8%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D0%B9|title=О количестве фундаментальных физических взаимодействий {{!}} PDF|lang=ru|author=Ангорский, Андрей А.|website=[[Scribd]]|date=2020-02-29|access-date=|url-status=live}}</ref>.

== См. также ==
{{кол}}
* [[Нерешённые проблемы современной физики]]
* [[Пятая сила]]
* [[Теории Великого объединения]]
* [[Исключительно простая теория всего]]
* [[Единая теория поля]]
* [[Стандартная модель]]
** [[Сильное взаимодействие]]
** [[Электрослабое взаимодействие]]
** [[Слабое взаимодействие]]
** [[Гравитация]]
* Люди: [[Ньютон, Исаак|Исаак Ньютон]], [[Максвелл, Джеймс Клерк|Джеймс Максвелл]], [[Эйнштейн, Альберт|Альберт Эйнштейн]], [[Юкава, Хидэки|Хидэки Юкава]], [[Фейнман, Ричард Филлипс|Ричард Фейнман]], [[Гелл-Ман, Марри|Марри Гелл-Ман]], [[Нисидзима, Кадзухико|Нисидзима]], [[Глэшоу, Шелдон Ли|Шелдон Глешоу]], [[Салам, Абдус|Абдус Салам]], [[Вайнберг, Стивен|Стивен Вайнберг]], [[’т Хоофт, Герард|Герард 'т Хоофт]], [[Гросс, Дэвид|Дэвид Гросс]], [[Виттен, Эдвард|Эдвард Виттен]], [[Джорджи, Говард|Говард Джорджи]].
{{кол|конец}}

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* [https://postnauka.ru/video/156164 Фундаментальные взаимодействия]

{{Фундаментальные взаимодействия}}
{{ВС}}

[[Категория:Фундаментальные взаимодействия| ]]

wiki12 - Вклад [ru]

Фундаментальные взаимодействия