Фундаментальные взаимодействия
Фундамента́льные взаимоде́йствия, также известные как фундаментальные силы — качественно различающиеся типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел.
На сегодня достоверно известно существование четырёх фундаментальных взаимодействий
При этом электромагнитное и слабое взаимодействия являются проявлениями единого 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 теориях Великого объединения предполагается существование электроядерного взаимодействия. Возможно, нарушение CP-инвариантности вызывается сверхслабым взаимодействием.
Сводная таблица
Взаимодействие | Текущее описание теорией | Заряд | Частица-переносчик | Относительная сила[1] | Зависимость от расстояния | Радиус воздействия (м) |
---|---|---|---|---|---|---|
Гравитация | Общая теория относительности (ОТО) | Масса | Гравитон (гипотетич.) | 1 | ∞ | |
Слабое | Теория электрослабого взаимодействия (ТЭВ) | Слабый изоспин | W+-, W−- и Z0-бозоны | 1025 | 10−18 | |
Электромагнитное | Квантовая электродинамика (КЭД) | Электрический заряд | Фотон | 1036 | ∞ | |
Сильное | Квантовая хромодинамика (КХД) | Цветовой заряд | Глюоны | 1038 | 10−15 |
История
Исследования XVIII—XIX веков привели к открытию
Таким образом, к началу XX века выяснилось, что все известные к тому моменту силы сводятся к двум фундаментальным взаимодействиям: электромагнитному и гравитационному.
В
После открытия бозона Хиггса поле Хиггса стали иногда называть пятым фундаментальным взаимодействием[3].
Создание единой теории фундаментальных взаимодействий
Первой из теорий взаимодействий стала теория
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 пространства-времени, и в этом смысле гравитационное поле условно нематериально (эмпирически недискретно), но, как и прочие формы взаимодействия, распространяется с предельно допустимой скоростью света (см. Скорость гравитации), в то время как электромагнитное поле являет все необходимые атрибуты материи.
Во второй половине XX столетия задача построения единой теории осложнилась необходимостью внесения в неё слабого и сильного взаимодействий, а также необходимостью квантования теории.
В
Экспериментальная проверка Стандартной модели заключается в обнаружении предсказанных ею частиц и их свойств. В настоящий момент открыты все элементарные частицы 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 квантовой теории гравитации. Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий используются различные подходы: 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 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[4].
См. также
Примечания
- ↑ Приближённо. См. Константа взаимодействия для более точного значения силы в зависимости от частицы и её энергии.
- ↑ Исаак Ньютон, «Математические начала натуральной философии».
- ↑ Физика элементарных частиц. Дмитрий Казаков, Валерий Рубаков Часть 1. Дмитрий Казаков. Пятая сила и фантазии о единой теории Архивная копия от 19 июля 2014 на Wayback Machine.
- ↑ Андрей Ангорский О количестве фундаментальных физических взаимодействий Архивная копия от 12 июня 2020 на Wayback Machine