Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции - Лев Кривицкий

Сильное взаимодействие является близкодействующим. Оно начинает проявляться на очень малых расстояниях порядка 10-13 см и резко спадает до нуля за пределами этой области. Сильное взаимодействие было открыто Э. Резерфордом в 1911 г. одновременно с открытием атомного ядра. Наличием ядерных сил было объяснено рассеяние альфа-частиц при их прохождении через вещество.

По современным представлениям, сильное взаимодействие осуществляется глюонами (от англ. слова, обозначающего «клей»). Всё, что мы знаем о глюонах, заключается в том, что эти частицы введены физиками в научный оборот именно для объяснения прочности внутриядерных связей. Считается, что глюоны свзяывают между собой кварки, входящие в состав протонов, нейтронов и других частиц. Масса покоя глюонов, как и у фотонов, признаётся равной нулю. Взаимодействия кварков образуются восемью типами глюонов.

Слабое взаимодействие, как и сильное, также является ядерным и близкодействующим, оно проявляется на расстояниях от 10-15 до 10-22 см. Оно обусловливает некоторые виды ядерных распадов, в том числе бета-распад. Оно вызывает также множество разнообразных превращений одних элементарных частиц в другие и отражается не столько на связях и движениях частиц, сколько на их взаимопревращениях. Нестабильность и взаимопревращения большинства элементарных частиц по современным представлениям объясняются именно слабыми взаимодействиям. При бета-распаде, обусловленном слабым взаимодействием, происходит превращение нейтрона в протон, электрон и антинейтрино. Этот процесс обусловливает длительное «горение» Солнца и других звёзд, что в свою очередь обеспечивает постоянно поступающей энергией околозвёздное пространство и планетарные системы, в том числе и Землю с эволюционирующей на ней жизнью. Слабое взаимодействие осуществляется так называемыми слабыми бозонами.

Электромагнитное взаимодействие, в отличие от сильного и слабого ядерных взаимодействий, действует не только в микромире, но и на макроуровне, хотя и вызывается электрической заряженностью микрочастиц. Оно отличается ещё и тем, что, будучи примерно в от сто до тысячи раз слабее сильного, является дальнодействующим, т. е. не сводится к нулю за пределами микроскопических расстояний. Электромагнитное взаимодействие образует взаимное притяжение частиц, имеющих противоположные заряды (положительные и отрицательные притягиваются) и взаимное отталкивание частиц, имеющих одинаковые заряды (положительные взаимно отталкиваются от положительных, отрицательные – от отрицательных).

Силы взаимодействия между зарядами зависят от положения и движения заряженных объектов. Неподвижные заряженные объекты вступают в электрическое взаимодействие, сила которого определяется законом Кулона. Магнитные силы зависят от движения заряженных объектов и их взаимного перемещения. В магнитном взаимодействии участвуют электрические токи, направление которых изменяется при движении порождающих их зарядов. Единство электрического и магнитного взаимодействия составляет электромагнитное взаимодействие, которое описывается законами электростатики и электродинамики, а в наиболее полном виде описание этого взаимодействия даётся в теории Максвелла, уравнения которой связывают электрические и магнитные поля.

В космическом порядке электромагнитное взаимодействие играет огромную роль. Оно связывает положительно заряженные ядра атомов с электронами, обеспечивая стабильность атомов, а атомы – в молекулы. Оно обусловливает межмолекулярные взаимодействия и тем самым агрегатные состояния вещества – твёрдые, жидкие и газообразные – а также трение и упругость, поверхностное натяжение, другие свойства, которые являются важнейшими при движении и механическом взаимодействии макроскопических тел. Важное значение электромагнитное взаимодействие имеет в химических и биологических процессах. Все химические реакции так или иначе связаны с электромагнитными взаимодействиями, являются их проявлениями. Они происходят в результате перераспределения связей между атомами в молекулах, перестройки электронных оболочек атомов и молекул, изменения состава и количества атомов в молекулах различных веществ.

В биологической сфере электромагнитные «технологии» работают на генетическом уровне, обслуживают связи в макромолекулах, копирование и передачу наследственной информации. Электрические импульсы лежат в основе функционирования нервной системы, обслуживают деятельность мозга.

В процессе электромагнитного взаимодействия происходит испускание и поглощение световых частиц – фотонов. Свет, который создатели Библии считали основой бытия, также является результатом электромагнитного взаимодействия. Фотоны, являющиеся носителями этого взаимодействия, представляют собой кванты электромагнитного поля. Сами по себе они не имеют ни электрического заряда, ни массы, распространяясь в пространстве с наивысшей для нашей материальной системы скоростью – скоростью света. Важнейшие носители информации, обеспечивающие естественный способ восприятия человека, имеют электромагнитную природу. Свет, радиоволны, электричество, без использования которых немыслима современная человеческая цивилизация, относятся к числу электромагнитных явлений. Все человеческие средства связи, источники информации, электронные приборы, компьютерные системы работают на электромагнитных носителях. Без электромагнитного взаимодействия не было бы не только света, но и тепла.

Гравитационное взаимодействие также дальнодействующее, оно считается самым слабым и вообще не учитывается в теориях микромира. Но оно охватывает все виды и состояния материи и находится в соответствии с массой того или иного тела. Гравитационное взаимодействие по природе своей макроскопично, оно функционирует в макроскопически непрерывном пространстве-времени, выражая его изгибы, искривления и конфигурации. Именно поэтому оно принципиально отличается от прочих трёх типов взаимодействий, присущих микромиру и функционирующих в условиях и масштабах, не обеспечивающих макроскопическую непрерывность пространства-времени.

Слово «гравитация» происходит от лат. «гравитас» – тяжесть. Поскольку тяжестью обладают все макроскопические тела, существующие на Земле, в том числе и тела людей, сталкиваясь с гравитацией повседневно и в строительстве зданий и сооружений, и в мореплавании, и в военном деле, люди стали интересоваться природой этого явления. На протяжении многих веков гравитация была единственным фундаментальным взаимодействием, подвергавшимся исследованию.

Древняя натурфилософия, в рамках которой зарождалось научное познание, объясняла тяжесть изначальной устремлённостью всех тел к своему месту. Именно так объяснял явление гравитации Аристотель, размышлявший о том, что тяжёлые тела вследствие своей природной предрасположенности, стремятся вниз, к Земле, а лёгкие – вверх, к небу. Руководствуясь практическими нуждами, Архимед создал теорию рычага, позволяющую оперировать тяжёлыми телами для их передвижения в любом направлении. Он говорил, что если бы ему дали рычаг достаточной длины, он смог бы перемещать Землю. Это изречение означало распространение понятия тяжести на объекты космических масштабов. Архимед заложил и основы понимания действия гравитации в водной среде, показав, что в ней на тело действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной воды. Это открытие так потрясло Архимеда, что в благодарность богам за постигнутый им закон, который потомки назвали его именем, он принёс в жертву сто быков.

В Новое время истории естественнонаучное изучения тяжести увенчалось величайшим открытием – формулировкой И. Ньютоном закона всемирного тяготения. Была доказана универсальность гравитации и определена механическая зависимость силы тяжести от массы тел и расстояния между ними. На всякое тело по прямой, соединяющей их центры тяжести, действует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними.

Понятие массы в классической механике в каком-то смысле тавтологично, поскольку оно соответствует понятию веса тела. Сила притяжения возрастает прямо пропорционально массе, которая сама измеряется весом как силой притяжения. Вместе с тем, понятие массы несёт в себе глубокое философское содержание. Как и в сфере социологии, где понятие массы означает объединение множества людей, понятие массы в физике обозначает множество вещественных элементов, составляющих в совокупности то или иное тело. Более массивное тело включает в себя большее количество вещества, причём это количество может быть сосредоточено в меньшем объёме. Масса содержит, тело вмещает, объём распространяется. Масса выражает, по существу, ту мобилизационную активность, с которой обладающее ею тело, кусок вещества действует на другие тела – тоже куски вещества. Масса есть мера мобилизации вещества на притяжение вещества из окружающего пространства. Соответственно гравитация есть форма «космической инженерии», являющаяся предпосылкой мобилизационной активности вещества. Она соединяет и стягивает вещественные формы к определённым центрам тяготения, предрасполагая их к реальному взаимодействию и столкновению. Она – основа целостности и связанности космических образований. Без гравитационного взаимодействия не существовало бы ни галактик, ни звёзд, ни планет. Будучи объединяющим фактором космической эволюции, гравитация является одной из исходных предпосылок «космической инженерии», она организует движение в Метагалактике, создаёт альтернативу расширению пространства-времени, «разбеганию» галактик и способствует подразделению материи на мобилизационные ядра и мобилизуемую периферию.