 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
152
В течение долгого времени электрические и магнитные процессы изучались независимо друг от
друга. Как мы уже знаем, решающий шаг в познании электромагнетизма сделал в середине XIX в. Дж.
К. Максвелл, объединивший электричество и магнетизм в единой теории электромагнетизма —
первой единой теории поля.
Существование электрона (единицы электрического заряда) было твердо установлено в 90-е гг. XIX
в. Но не все материальные частицы являются носителями электрического заряда. Электрически
нейтральны, например, фотон и нейтрино. В этом электричество отличается от гравитации. Все
материальные частицы создают гравитационное поле, тогда как с электромагнитным полем
связаны только заряженные частицы.
Долгое время загадкой была и природа магнетизма. Как и электрические заряды, одноименные
магнитные полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются. В отличие от электрических
зарядов магнитные полюсы встречаются не по отдельности, 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 известны попытки получить посредством
разделения магнита лишь один изолированный магнитный полюс — монополь. Но все они
заканчивались неудачей: на месте разреза возникали два новых магнита, каждый из которых имел и
северный, и южный полюсы. Может быть, существование изолированных магнитных полюсов в
природе исключено? Определенного ответа на этот вопрос пока не существует. Некоторые
современные теории допускают возможность существования монополя.
Электрическая и магнитная силы (как и гравитация) являются дальнодействующими, их действие
ощутимо на больших расстояниях от источника. Электромагнитное взаимодействие проявляется на
всех уровнях материи — в мегамире, макромире и микромире. Как и гравитация, оно 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 нему
сводятся все обычные силы: силы упругости, трения, поверхностного натяжения, им определяются
агрегатные состояния вещества, оптические явления и др.
10.1.3. Слабое взаимодействие
К выявлению существования слабого взаимодействия физика продвигалась медленно. Слабое
взаимодействие ответственно за распады частиц; и поэтому с его проявлением столкнулись с
открытием радиоактивности и исследованием бета-распада (см. 8.1.5).
У бета-распада обнаружилась в высшей степени странная особенность. Исследования приводили к
выводу, что в этом распаде как будто нарушается один из фундаментальных законов физики — закон
сохранения энергии. Казалось, что часть энергии куда-то 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 — нейтральная и обладает необычайно высокой
проникающей способностью, вследствие чего ее не удавалось наблюдать. Э. Ферми назвал частицу-
невидимку «нейтрино».
Но предсказание нейтрино — это только начало проблемы, ее постановка. Нужно было объяснить
природу нейтрино, но здесь оставалось много загадочного. Дело в том, что электроны и нейтрино
испускались нестабильными ядрами. Но было неопровержимо 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 из энергии радиоактивного ядра.
Дальнейшие исследования показали, что входящие в состав ядра нейтроны, предоставленные самим
себе, через несколько минут распадаются на протон, электрон и нейтрино, т.е. вместо одной частицы
появляется три новые. Анализ приводил к выводу, что известные силы не могут вызвать такой распад.
Он, видимо, порождался какой-то иной, неизвестной силой. Исследования показали, что этой силе
соответствует некоторое слабое взаимодействие.
Слабое взаимодействие по величине значительно меньше всех взаимодействий, кроме
гравитационного, и в системах, где оно присутствует, его эффекты оказываются в тени
электромагнитного и сильного взаимодействий. Кроме того, слабое взаимодействие распространяется