Взаємодія (фізика)
Взаємоді́я ― прямий чи опосередкований вплив одного фізичного об’єкта на стан чи рух іншого незалежно від їхніх розмірів, просторового місця розташування або часу ― елементарні частинки і античастинки, атоми, молекули (мікросвіт), масивні тіла, планети, галактики тощо (макросвіт) ― і зумовлює причиново-наслідковий зв'язок у поведінці останніх. Поняття про взаємодію використовують і для опису стосунків (див. Стосунки міжособистісні) або обміну інформацією між живими істотами ― людьми, тваринами, численними об’єктами флори і фауни, а також і соціальних (зокрема політичних) явищ ― трансформацій суспільного ладу, міжнародних відносин, змін в економіці, юриспруденції тощо. Взаємодія в цілому є загальнонауковою філософською категорією, яка відображає об’єктивну реальність, форми руху і розвитку (аж до виникнення і зникнення будь-чого), а також взаємоіснування та системно-структурну організацію будь-якої, живої і неживої, матерії.
На фізичному рівні взаємодія зумовлена просторовою залежністю і може бути короткосяжною (зокрема, контактною), далекосяжною (йдеться про системи, які взаємодіють на великих відстанях одна від одної), фундаментальною (тобто жодним чином не зведеною до інших) або ефективною (як певний наслідок чи комбінація фундаментальних).
Сучасна наука розрізняє чотири типи фундаментальних взаємодій: сильну, електромагнітну взаємодію, взаємодію слабку і гравітаційну взаємодію. Перша описує взаємодію нуклонів ― протонів, нейтронів, або елементарних частинок, що визначають квантову структуру атомних ядер. Проте дослідження довели, що нуклони є не елементарними, а складеними частинками; сильно взаємодіючими є насамперед кварки (частинки, з яких складаються нуклони).
Друга ― частинок будь-якої природи, які мають цілочисельний електричний заряд (в електронних одиницях ±1) і «відчувають» одна одну завдяки електромагнітному полю, яке виникає навколо нерухомого або рухомого заряду і формує силу, що діє на інший заряд на будь-яких відстанях. Вона, наприклад, є наслідком Кулона закону [(1785), описує відштовхування або притягання двох зарядів одного й різних знаків; лежить в основі атомної будови та існування хімічних елементів]. Єдиними частинками, що мають нецілочисельний заряд є кварки, заряд яких дорівнює ±1/3.
Третя фундаментальна взаємодія зумовлює розпади (перетворення) одних елементарних частинок в інші, а також взаємодію стабільної, електрично нейтральної і дуже легкої частинки нейтрино з речовиною. У процесах, якими «керує» слабка взаємодія, може порушуватися такий загалом дуже стійкий фізичний закон, як збереження просторової парності. Четверта фундаментальна взаємодія, або тяжіння всесвітнього закон І. Ньютона (1687), є універсальною, оскільки гравітаційне притягання притаманне всім без винятку видам масивної матерії від елементарних частинок до потужних галактичних об’єктів.
Наведена послідовність фундаментальних взаємодій відображає їхнє кількісне зменшення. Якщо сильну взаємодію ~1 Гев прийняти за умовну одиницю, то відносно неї інші матимуть величину ― 1 : 10–2 : 10–10 : 10–38. Таким чином, гравітаційна взаємодія є найменшою серед фундаментальних і настільки малою, що у значній кількості фізичних та інженерних задач її не враховують. Натомість, саме вона визначає глобальну будову Всесвіту, рух літальних апаратів (зокрема космічних), існування планет та їхніх систем, різної природи зірок, чорних дір, а також гравітаційних хвиль.
Ньютонівська і кулонівська взаємодії залежать обернено пропорційно до відстані r, або спадають відносно повільно як ~1/r, тоді як радіуси сильної і слабкої взаємодій є надзвичайно малими ― 10–13 см і 10–15 см відповідно. При цьому міжкваркова сильна взаємодія (маючи малий радіус) відрізняється від інших тим, що не спадає, а зростає з відстанню, чому прямо зобов’язане явище конфайнменту, або неможливість експериментально спостерігати окремі (вільні) кварки.
Сильна ж взаємодія між нуклонами у кварковій картині є тільки залишком від взаємодії кварків за аналогією появи тієї чи іншої ефективної взаємодії між нейтральними атомами або молекулами, яка є наближеним результатом акуратного врахування кулонівських сил між від’ємно зарядженими електронами та позитивно зарядженими ядрами.
Зазначені взаємодії послідовно пояснюють переважну кількість спостережуваних явищ. Водночас не припиняються пошуки теорії великого об’єднання ― єдиної теорії сильної, слабкої та електромагнітної взаємодій, як і спроби побудувати квантову гравітацію. Поки це не вдалося, хоча є ефект, який така теорія передбачає: розпад протона, час життя якого за різними оцінками становить від 1032 до 1036 років. Наразі такі розпади не зафіксовані. Ефект розпаду протона важливий тим, що при його наявності можна пояснити зарядову асиметрію Всесвіту, або чому він складається лише з частинок, і ми не спостерігаємо жодних космічних об’єктів, що, навпаки, містили б лише античастинки.
Література
Weinberg S. Quantum Theory of Fields: in 3 vol. 11th ed. Cambridge: Cambridge University press, 2015.
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Локтєв В. М. Взаємодія (фізика) // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Взаємодія (фізика) (дата звернення: 29.04.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 30.08.2022
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
