До настоящего времени никаких достоверных экспериментальных данных о существовании магнитного монополя не имеется. Известными на сегодняшний день источниками магнитостатического поля являются токи (движущиеся заряды) и некоторые элементарные частицы с ненулевым спином, даже в том случае, если они находятся в состоянии покоя. Однако пространственная структура создаваемого такими частицами магнитного поля аналогична структурам полей электрических и магнитных диполей, а не точечных электрических зарядов. По этой причине создаваемые известными сегодня элементарными частицами магнитные поля с некоторыми оговорками могут трактоваться как результат внутренних движений электрических зарядов в частице, а не проявление существования магнитных зарядов. Следует отметить, что в случае наличия у всех электрически заряженных частиц пропорционального Q магнитного заряда привело бы к тому, что наблюдаемые взаимодействия между частицами носили бы чисто кулоновский характер, что полностью соответствует наблюдаемой картине.
Описание механизма электрических взаимодействий может быть дано лишь на основе квантовой механики. Оказывается, что природа электрических, сильных ядерных и химических взаимодействий во многом сходна и обусловлена квантовомеханическим обменом виртуальными частицами между взаимодействующими объектами. Все наблюдаемые различия между перечисленными взаимодействиями обусловлены различиями в индивидуальных характеристиках свободных частиц, которыми производится обмен. Так, например, ядерные силы оказываются весьма короткодействующими и спадают с расстоянием существенно быстрее, чем кулоновские силы. Первая успешная попытка построения аналогичной электродинамике теории сильных ядерных взаимодействий была реализована Юкавой.
Весьма интересное и далеко идущее обобщение классической электродинамики связано с выяснением механизма электростатических взаимодействий (напомним, что магнитные взаимодействия не носят фундаментального характера, а возникают как релятивистская поправка к электрическим). Как известно, попытки А.Эйнштейна объяснить возникновение электрических взаимодействий при помощи искривленного четырехмерного пространства-времени (по аналогии с теорией гравитации) не завершились удачей. Путь к решению проблемы был открыт квантовой механикой, в рамках которой было дано корректное описание механизма возникновения химических сил, приводящих к возникновению ковалентной связи между атомами, объединенными в молекулы. Оказалось, что сила, удерживающая атомы вблизи друг друга, обусловлена своеобразным обменом электронами между ними. В дальнейшем выяснилось, что электростатические взаимодействия между зарядами имеют по существу точно такой же механизм, но обмен происходит не электронами, а фотонами - частицами с нулевой массой покоя. Аналогичный механизм оказался пригодным и для описания механизма, удерживающего нуклоны (протоны и нейтроны) в атомном ядре, несмотря на наличие электрических сил отталкивания между протонами. Используя экспериментальные данные о свойствах сильный ядерных взаимодействий, Юкава обобщил теорию обменного механизма на случай внутриядерных взаимодействий и рассчитал параметры частиц, обуславливающих притяжение нуклонов (Yukawa // Proc. Of Phys.-Math.Soc. of Japan, 1935, v/17, p.48). Указанные частицы, имеющие заряд электрона и примерно в 300 раз большую массу были обнаружены в космических лучах в 1947 году и получили название мезонов.
Согласно современным представлениям, потенциал любого обменного взаимодействия имеет вид (7), причем показатель степени экспоненты пропорционален массе покоя частиц, которыми производится обмен. В случае фотонов, переносящих электромагнитные взаимодействия, масса покоя оказывается равной нулю, что приводит к потенциалу, спадающему пропорционально 1/r, и силе, изменяющейся с расстоянием в соответствии с законом Кулона. Обусловленные обменом частицами с ненулевой массой покоя силы оказываются существенно более короткодействующими по сравнению с кулоновскими. Именно эта особенность ядерных взаимодействий объясняет тот факт, что ядерные силы, способные внутри ядра противодействовать электрическому отталкиванию, практически никак не проявляют себя уже на расстояниях поряда размера атома или молекулы.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.