Сколько сил в природе

Мы решили назвать эту книгу «Силы в природе», имея в виду главным образом второе значение этого слова в современной науке. Но в большом числе случаев силы, о которых пойдет речь в дальнейшем, можно понимать и в более узком «механическом смысле».

Наш рассказ в первую очередь будет посвящен природе сил, т. е. вопросу, от рассмотрения которого механика отказывается. Здесь сразу же возникает проблема первостепенной важности: сколько различных типов сил, т. е. типов взаимодействий, существует в мире?

В настоящее время, когда говорят о единстве природы, обычно имеют в виду единство в строении вещества: все тела построены всего лишь из нескольких сортов элементарных частиц. Однако в этом проявляется только одна сторона единства природы. Не менее существенно и другое.

Несмотря на удивительное разнообразие взаимодействий тел друг с другом, взаимодействий, сводящихся в конце концов к взаимодействию элементарных частиц, в природе по современным данным имеется совсем немного типов сил. О четырех из них: о силах тяготения, электромагнитных силах, ядерных силах и слабых взаимодействиях*) мы можем говорить с уверенностью. Из них только два первых типа сил можно рассматривать в смысле ньютоновой механики. С проявлениями всех четырех типов сил мы встречаемся, изучая то, что происходит в безграничных просторах Вселенной, на нашей планете, исследуя любой кусок вещества, живые организмы, атомы, атомные ядра, взаимные превращения элементарных частиц. Еще вчера казалось, что этими четырьмя типами сил исчерпываются все имеющиеся в природе взаимодействия. Сегодня картина представляется уже более сложной. Изучение «интерьера» элементарных частиц приоткрыло новые глубины. Мы уже не можем с прежней уверенностью утверждать, что все известные нам процессы в природе объясняются действием лишь этих сил, что в недрах элементарных частиц не проявляются какие-то новые взаимодействия. Каковы они, эти взаимодействия? Какова их природа? Об этом мы пока почти ничего не знаем.

Но о гравитационных, электромагнитных, ядерных и слабых взаимодействиях мы знаем многое.

Что же подразумевается под силами данных четырех типов? Почему и как мы можем, опираясь на них, объяснить огромное число явлений? Почему, наконец, появились сомнения в том, что ими исчерпываются все имеющиеся в природе взаимодействия?

Ответ на эти вопросы и составляет содержание книги.

Единство сил природы неразрывно связано с единством в строении вещества. Одно не только не мыслимо без другого, но скорее можно сказать, что то и другое выражает разные стороны глубоко заложенного в природе вещей единства мира. Сравнительно малому числу сортов элементарных частиц соответствует еще меньшее число типов взаимодействий между ними.

 

*) Мы не касаемся так называемых несиловых взаимодействий, выражаемых в квантовой механике принципом Паули.