Электромагнетизм

По величине электрические силы намного превосходят гравитационные, поэтому, в отличие от слабого гравитационного взаимодействия, электрические силы, действующие между телами обычных размеров, можно легко наблюдать. Электромагнетизм известный людям, с незапамятных времен (полярные сияния, вспышки молнии и др.).

В течение длительного времени электрические н магнитные процессы изучались независимо друг от других. Как мы уже знаем, решающий шаг в познании электромагнетизма сделал в середине XIX в. Дж. К. Максвелл, объединивший электричество и магнетизм в единую теорию электромагнетизма - первую единую теорию поля.

Существование электрона (единицы электрического заряда) было доказано в девяностые pp. XIX в. Но не все материальные частицы являются носителями электрического заряда. Электрически нейтральными являются, например, фотон и нейтрино. В нем отличие электричества от гравитации. Все материальные частицы создают гравитационное поле, тогда как электромагнитное поле связано только с заряженными частицами.

Долгое время загадкой была и сама природа магнетизма. Как и электрические заряды, одноименные магнитные, полюса отталкиваются, а разноименные - притягиваются. В отличие от электрических зарядов, магнитные полюса встречаются не порознь, а только парами - северный полюс и южный. Хорошо известно, что в обычном магнитном стержне один конец действует как северный полюс, а другой - как южный. Еще с древнейших времен делались попытки получить с помощью разделения магнита лишь один изолированный магнитный полюс - монополь. Но все они заканчивались неудачей: при разрезании возникали два новых магниты, каждый из которых имел и северный, и южный полюса. Возможно, существование изолированных магнитных полюсов в природе исключено? Однозначного ответа на этот вопрос пока не существует. Некоторые современные теории допускают возможность существования монополя.

Электрическая и магнитная силы (как и гравитация) является дальнодействующих, их действие ощутимо на больших расстояниях от источника. Электромагнитное взаимодействие оказывается на всех уровнях материи - в мегамире, макромире и микромире. Как и гравитация, она подчиняется закону обратных квадратов.

Электромагнитное поле Земли простирается далеко в космическое пространство, мощное поле Солнца заполняет всю Солнечную систему; существуют и галактические электромагнитные поля. Электромагнитное взаимодействие определяет также структуру атомов и отвечает за подавляющее большинство физических и химических явлений и процессов (за исключением ядерных). К ней сводятся все обычные силы: силы упругости, трения, поверхностного натяжения, она определяет агрегатные состояния вещества, оптические явления и др.

Слабое взаимодействие

К выявлению существования слабого взаимодействия физика продвигалась медленно. Слабое взаимодействие ответственно за распад частиц; с ее проявлением столкнулись после открытия радиоактивности и исследования бета-распада.

В бета-распада оказалась в высшей степени странная особенность. Исследования приводили к выводу, что в этом распаде вроде нарушается один из фундаментальных законов физики - закон сохранения энергии. Казалось, что часть энергии исчезала. Чтобы "спасти" закон сохранения энергии, В. Паули предположил, что при бета-распаде вместе с электроном вылетает, унося с собой недостающую энергию, еще одна частица. Она нейтральна и обладает чрезвычайно высокой проникающей способностью, вследствие чего ее не удавалось слостерииаты. Э. Ферми назвал частицу-невидимку "нейтрино".

Но предсказания нейтрино - это только начало проблемы, ее постановка. Нужно было объяснить природу нейтрино, но здесь оставалось много загадочного. Дело в том, что электроны и нейтрино могли излучать только нестабильные ядра. Но было неоспоримо доказано, что внутри ядер нет таких частиц. Как же они возникали? Было высказано предположение, что электроны и нейтрино не существуют в ядре в "готовом виде", а каким-то образом образуются в процессе распада ядра. Дальнейшие исследования показали, что нейтроны, которые входят в состав ядра, предоставлены сами себе, через несколько минут розпалаються на протон, электрон и нейтрино, то есть вместо одной частицы появляется три новых. Анализ приводил к выводу, что известные силы не могут вызвать такой распад. Он, очевидно, шел какой-то другой, неведомой силой. Исследования показали, что этой силе соответствует некоторая слабое взаимодействие.

Слабое взаимодействие по величине значительно меньше всех взаимодействий, кроме гравитационного, и в системах, где она присутствует, эффекты слабого взаимодействия находятся в тени электромагнитной и сильного взаимодействий. Кроме того, слабое взаимодействие распространяется на очень незначительные расстояния. Радиус слабого взаимодействия луже малин. Слабое взаимодействие прекращается на расстоянии, превышающим 10, н м вол источника, и поэтому она не может влиять на макроскопические объекты, а ограничивается микромиром, субатомные частицы. Когда началось лавинообразное открытие большого количества и нестабильных субъядерных частиц, то оказалось, что большинство из них участвуют в слабом взаимодействии.

Теорию слабого взаимодействия была создана в конце 60-х pp. С момента построения Максвеллом теории электромагнитного поля создание этой теории стало крупнейшим шагом па пути к единству физики.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >