Четыре взаимодействия Вселенной
Наша Вселенная является такой благодаря фундаментальным силам, или, как говорят, фундаментальным взаимодействиям. На сегодня их известно четыре: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное.
Самое слабое из них — гравитационное взаимодействие, или сила тяготения. Однако оно действует на любых расстояниях и между всеми материальными телами. В отличие от других взаимодействий, гравитация универсальна: не существует объектов, на которые бы она не действовала. Благодаря гравитации расширяется Вселенная, образуются черные дыры, существуют планеты и звезды, Земля вращается вокруг Солнца, а все, что находится на ней, не улетает в космическое пространство. Не только Земля притягивает нас — мы тоже притягиваем ее, но поскольку наша масса пренебрежимо мала по сравнению с массой планеты, это незаметно. Считается, что переносчиками гравитационного взаимодействия должны быть элементарные частицы, не имеющие массы, — гравитоны, но их до сих пор не открыли. Описывается гравитационное взаимодействие общей теорией относительности.
Слабое ядерное взаимодействие называется так потому, что оно слабее электромагнитного и сильного ядерного. Слабое оно только в масштабах атомного ядра, а на самом деле в 1025 раз сильнее гравитационного. Оно отвечает за процессы ядерного распада и действует на очень небольших расстояниях, в пределах атомного ядра — 10-18 м. Слабое ядерное взаимодействие почти полностью универсально: в нем участвуют все частицы, кроме фотонов. Кроме того, есть частицы, которые участвуют только в слабом взаимодействии, — это некоторые виды нейтрино. Переносчиками слабого ядерного взаимодействия являются определенные виды элементарных частиц — бозонов. Описывается оно теорией электрослабого взаимодействия.
Сильное ядерное взаимодействие отвечает за связь между кварками и за притяжение между нуклонами (то есть протонами и нейтронами) в атомных ядрах. Таким образом, без сильного взаимодействия не существовало бы ни протонов, ни нейтронов, ни атомных ядер, а значит, и атомов, молекул, звезд, планет и самой жизни. Сильное ядерное взаимодействие сильнее гравитационного в 1038 раз, а действует на том же расстоянии, что и слабое, — 10-18 м, в пределах ядра. Переносчиками сильного ядерного взаимодействия являются глюоны: именно они помогают кваркам удерживаться вместе и составлять протоны. Описывается сильное взаимодействие квантовой хромодинамикой.
Электромагнитное взаимодействие происходит между частицами, обладающими электрическим зарядом. Благодаря ему существует притяжение между положительно заряженными ядрами атомов и отрицательно заряженными электронами. Иными словами, без этого взаимодействия атомов бы не существовало. Благодаря ему наша планета обладает магнитным полем и защищена от космического излучения. И, конечно, благодаря ему существуют электрический свет, телевидение, радио и другие полезные изобретения. Оно сильнее гравитационного в 1036 раз. В отличие от сильного и слабого взаимодействия, электромагнитное — дальнодействующее. Его переносчиками являются фотоны. Описывается оно классической электродинамикой.
Давно предпринимаются попытки оформить все четыре взаимодействия в одной теории, но пока это не удалось. Три вида — электромагнитное, сильное и слабое — объединили в Стандартной модели, но для гравитационного используется отдельно теория относительности. Однако все еще впереди, и, вероятно, в обозримом будущем такая теория будет создана.
Существует ли пятое взаимодействие
Других видов фундаментальных взаимодействий пока не обнаружено, хотя после того как был открыт бозон Хиггса, поле Хиггса называют пятым взаимодействием. Переносчиком этого поля как раз и является одноименный бозон, придающий массу элементарным частицам. Но пока трудно сказать, идет ли речь о пятом взаимодействии или какой-то вариации уже известных.
