Незважаючи на якісне різноманітність, у всіх форм руху є одна спільна риса. Всі вони зводяться до взаємодії тіл, яке обумовлює з'єднання різних матеріальних елементів у системи, їх структурні зв'язки і контакти з іншими матеріальними системами. Взаємодія - універсальна форма руху і розвитку, воно визначає існування і структурну організацію будь-якої матеріальної системи. Таким чином, виходить, що всі властивості тіл є похідними від взаємодій. Для будь-якого об'єкта існувати - значить взаємодіяти, тобто будь-яким чином проявляти себе по відношенню до інших тіл, перебувати з ними в об'єктивних відносинах.
Взаємодія являє собою розгортається в часі і просторі процес впливу одних об'єктів на інші шляхом обміну матерією і рухом. Взаємодія завжди виступає як рух матерії, а будь-який рух включає в себе різні види взаємодії. По суті, ці поняття збігаються, хоча часто вживаються в різних контекстах. Коли ми говоримо про рух, то маємо на увазі не стільки внутрішні зміни, засновані на структурних взаємодіях елементів системи, скільки зовнішнє просторове переміщення тіл, де взаємодії як ніби не видно. Але якщо поглянути глибше, то і при просторовому переміщенні тіл обов'язково є їх взаємодія з навколишнім середовищем і матеріальними полями, в ре-
док чого змінюються властивості тел. Не існує такого руху, в змісті якого не було б взаємодії елементів матерії. У той же час будь-яке взаємодія виступає як певна зміна і рух.
Загальна характеристика фізичної взаємодії
Опис процесу взаємодії, розкриття його механізму та форм прояву складають одну з центральних завдань всієї фізики. В контексті цього завдання в науці сформувалися два різні способи опису механізму фізичного взаємодії, що грунтуються на принципах дальнодействия і близкодействия.
У XIX ст. був сформульований принцип близкодействия, який в даний час існує в двох варіантах. Перший варіант був запропонований М. Фарадеєм, який вважав, що взаємодія між тілами переноситься полем від точки до точки з кінцевою швидкістю. У XX ст. принцип близкодействия був уточнений, в його сучасному варіанті стверджується, що кожне фундаментальне фізичне взаємодія переноситься відповідним полем від точки до точки зі швидкістю, що не перевищує швидкість світла у вакуумі.
Зазвичай при фізичному взаємодії між двома тілами відбувається частковий обмін імпульсом і енергією. Якщо розглянути цей процес більш детально, то ми побачимо, що в один момент часу перший об'єкт втратив частки імпульсу і енергії, а другий об'єкт в наступний момент часу їх придбав. У проміжку між першим і другим моментами часу імпульс і енергія повинні належати якомусь третьому матеріального об'єкту - посереднику, який повинен переміститися від першого об'єкта до другого, витративши на це якийсь час.
На невеликих відстанях цим додатковим часом можна знехтувати. Так, коли ми натискаємо кнопку вимикача, світло для нас загоряється практично миттєво. Однак щоб світло дійшов від Сонця до Землі, потрібно вже близько 8 хвилин, тобто час для перенесення взаємодії стає помітним.
Таким чином, з точки зору сучасної науки фізична взаємодія завжди підпорядковується принципу близкодействия, тобто
йде з деяким запізненням. Але в багатьох задачах, що описують механічні процеси з повільно рухомими об'єктами, цим запізненням можна знехтувати і наближено вважати його нульовим. Отже, багато процесів можна описувати, використовуючи наближений принцип дальнодействия.
У XX ст. фізика змогла ще глибше проникнути в таємниці фізичної взаємодії, зрозуміти його механізм на рівні процесів, що відбуваються в мікросвіті. Також вдалося звести численні види взаємодій, відомі у фізиці, до невеликого числа фундаментальних фізичних взаємодій. Будь-які форми руху, що вивчаються фізикою, є прояв глибинних властивостей матерії - так званих фундаментальних фізичних взаємодій. Це сили гравітаційного, електромагнітного, сильного і слабкого взаємодій.
В основі кожного фундаментального фізичного взаємодії лежить спочатку властиве речовині особливу властивість, природу якого вдасться з'ясувати лише в ході подальших досліджень природи речовини і вакууму. В якості носія здатності частинок до взаємодії, а також кількісною мірою самого взаємодії служить поняття заряду. Кожна частка спочатку володіє одним або декількома зарядами, причому між собою взаємодіють тільки однотипні заряди, а заряди різних типів один одного «не помічають». Найменша дискретне значення заряду - квант - називають одиничним зарядом. Сила взаємодії у всіх випадках пропорційна добутку зарядів двох взаємодіючих частинок, більш складно вона залежить від відстані між частинками.
Відповідно до сучасних уявлень будь-яка взаємодія відбувається відповідно до принципу близкодействия. Тому взаємодія будь-якого виду повинно мати свого фізичного агента, без посередника воно не протікає. В основі такого вимоги лежить той факт, що швидкість передачі впливу обмежена фундаментальним межею - швидкістю світла. Вплив передається через середу, що розділяє взаємодіючі частинки. Такий середовищем є вакуум, який в повсякденному поданні асоціюється з порожнечею. Насправді вакуум - це реальна фізична система, поле з мінімальною енергією. З нього можна отримати всі інші стану поля.
Для створення моделі фізичного взаємодії потрібно згадати, що матерія може бути розділена на поле і речовина, які відповідно представлені частками-бозона і частинками-фермионами. У процесі фізичного взаємодії завжди беруть участь тільки частинки-ферміони (частки речовини), а переносять взаємодію частинки-бозони (кванти полів).
Таким чином, теорія фізичного взаємодії використовує наступну модель процесу:
• заряд-фермион створює навколо частки поле, що породжує властиві йому частки-бозони. Заряд частки обурює вакуум, і це обурення з загасанням передається на певну відстань;
• частки поля є віртуальними - існують дуже короткий час і в експерименті не можуть бути виявлені;
• опинившись в радіусі дії однотипних зарядів, дві реальні частки починають стабільно обмінюватися віртуальними бозонами: одна частинка випускає бозон і тут же поглинає ідентичний бозон, випущений часткою-партнером, і навпаки;
• обмін бозонами створює ефект тяжіння або відштовхування частинок-господарів.
Таким чином, кожній частинці, яка бере участь в одному з фундаментальних взаємодій, відповідає своя бозон частка - переносник взаємодії.