О взаимодействии физических систем

Автор: Андрей Елизаров

Окружающая нас Вселенная бесконечно разнообразна. Формы движения материи и виды, которые она принимает, неисчерпаемы. В ходе ее изменений могут возникать бесчисленные материальные системы, находящиеся в постоянном взаимодействии между собой.

Взаимодействие в физике - воздействие тел или частиц друг на друга, приводящее к изменению состояния их движения. В механике Ньютона взаимное действие тел друг на друга характеризуется силой, однако, более общей характеристикой взаимодействия является потенциальная энергия.

Попытки поиска некоей единой субстанции, которая должна служить общей причиной всех явлений взаимодействия, от взаимодействий между атомами вплоть до сил, которыми оперируют экстрасенсы, велись еще в глубокой древности. Первоначально такой субстанцией считали Бога - Бог есть причина самого себя. В дальнейшем известный философ средневековья Спиноза выдвинул материалистический принцип: субстанция есть причина самой себя. Долгое время считалось, что взаимодействие между телами может осуществляться через пустое пространство, которое не принимает никакого участия в передаче взаимодействия, происходящего мгновенно, В этом состояла так называемая концепция дальнодействия.

Однако после открытия и исследования электромагнитного поля было доказано, что взаимодействие электрически заряженных частиц осуществляется не мгновенно, и перемещение одной заряженной частицы приводит к изменению сил, действующих на другие частицы не в тот же момент, а спустя конечное время. Так, возникла новая концепция - близкодействия, согласно которой взаимодействие осуществляется посредством тех или иных полей, непрерывно распределенных в пространстве.

В современной физике эта концепция приобрела конкретное содержание, в частности, А. Эйнштейн потратил многие годы на поиски "единой теории поля", позволяющей объяснить все явления взаимодействий, происходящие в мире. К сожалению, подобная теория не создана до сих пор, однако обнаружены поразительные внутренние связи микромира.

В настоящее время науке известно четыре типа взаимодействия. Прежде всего - сильные или ядерные взаимодействия, удерживающие протоны и нейтроны в ядрах атомов. Второй тип электромагнитные взаимодействия, обеспечивающие существование электронных оболочек. Далее - слабые взаимодействия, которые проявляются, в частности, при радиоактивном бета-распаде. И, наконец, гравитационные взаимодействия - универсальные и охватывающие все уровни материальных объектов.

Интенсивность каждого из этих взаимодействий в тысячу раз слабее предыдущего, поэтому они казались совершенно независимыми друг от друга. Однако в действительности дело обстоит, видимо, значительно сложнее. Не так давно выяснилось, что некоторые постоянные сильного взаимодействия определенным образом связаны с константами слабого взаимодействия, в миллион раз менее интенсивного. В частности, оказалось, что значение масс электрона и протона, видимо, может быть вычислено на основе гравитационных эффектов.

Взаимодействие материальных систем друг с другом приводит к постоянному изменению свойств каждой из них. При этом достаточно долгое время способны существовать лишь те структуры, которые оказываются устойчивыми, в которых естественные закономерности обеспечивают саморегулирование.

В природе мы почти на каждом шагу встречаемся с авторегулирующимися физическими системами. Они содержат внутри себя факторы, начинающие действовать при отклонении системы от состояния равновесия. Так, например, в физике известен закон Ленца, согласно которому всякое изменение магнитного поля вызывает возникновение тока индукции, магнитное поле которого препятствует изменениям, вызвавшим этот ток. Другими словами, любое изменение магнитного поля вызывает силы, противодействующие этим изменениям и сохраняющие магнитное поле на прежнем уровне.

В области химических процессов используется принцип Ле Шателье, который говорит о том, что внешнее воздействие на равновесную систему вызывает в ней противодействие, возрастающее до тех пор, пока не будет вновь достигнуто состояние равновесия.

Рассмотренные физические явления позволяют сделать вывод о том, что взаимодействие между материальными системами происходит при их отклонении от состояния равновесия. Оценить эффективность воздействия материальных тел друг на друга в пределах одной системы можно при помощи безразмерного коэффициента взаимодействия, пропорционального отношению величин полной энергии одного из тел к общему значению энергии, запасенной структурой.

Проблема взаимодействия между физическими системами тесно связана с вопросом о фундаментальных физических принципах. Среди различных физических теорий можно выделить небольшое число основных, предметом которых являются основные законы физики и сведения о характере движения материи.

Подобных теорий можно выделить шесть: классическая механика Ньютона и теория тяготения, квантовая механика, общая теория относительности А. Эйнштейна, специальная теория относительности и релятивистская квантовая теория. Кроме того, следует особо отметить теорию Н.А. Козырева о пространстве-времени, сформулированную пока на уровне гипотез. Именно последняя теория интересна с точки зрения взаимодействия физических систем. Дело в том, что геометрия пространства - времени Козырева допускает одновременное существование концепций близкодействия и дальнодействия, а значит, взаимодействие физических структур в таком пространстве времени должно обладать специфическими особенностями. По всей видимости, такой тип взаимодействия можно считать универсальным, однако для описания его физической сути необходимо строгое математическое доказательство всех постулатов причинной механики Н.А. Козырева. Возможно, это станет еще одним шагом на пути к созданию единой теории поля, которая сможет объяснить все явления взаимодействия окружающей нас Природы.