В действительности надежно установлено и экспериментально подтверждено существование четырех типов полей — переносчиков четырех фундаментальных взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, сильного ядерного и слабого ядерного. Основным свойством всех остальных «полей» является их ненаблюдаемость: попытки объективно зарегистрировать их существование оказываются безуспешными либо невоспроизводимыми.
Фундаментальные взаимодействия различаются следующими свойствами.
1. Тип и количество зарядов
Заряд есть мера способности тела участвовать во взаимодействии. Электромагнитному взаимодействию подвержены лишь электрически заряженные тела. В гравитационном взаимодействии участвуют все тела, обладающие массой, так что масса тела — это и есть его гравитационный заряд. Поскольку не обнаружено тел с отрицательными массами, неизбежен вывод, что гравитационные заряды бывают только одного знака. Заряды электрические, как известно, бывают двух типов — положительные и отрицательные. А вот для сильного ядерного взаимодействия, как установлено, заряды могут быть трех разных сортов. Поэтому их даже называют не «зарядами», а «цветами»: красный, зеленый, синий. Это название отражает тот факт, что взаимно нейтрализовать друг друга они могут, только сложившись в, комбинации «красный + зеленый + синий», подобно тому как смешивание трех цветов (в обычном смысле) порождает белый цвет.
2.Кванты поля, переносящего взаимодействие
Электромагнитное взаимодействие переносится, как мы уже знаем, фотонами. Гравитационное — гравитонами, которые пока что имеют статус гипотетических частиц. Общим для фотонов и гравитонов, как и для глюонов, переносящих сильное ядерное взаимодействие, является нулевая масса покоя. Напротив, частицы, переносящие слабое ядерное взаимодействие (промежуточные векторные бозоны), весьма массивны, во много раз тяжелее атома водорода.
3.Радиус взаимодействия
Чтобы не нарушался закон сохранения энергии, виртуальная частица, возникнув, должна исчезнуть тем быстрее, чем больше ее энергия. Если частица имеет ненулевую массу т, то ее энергия не может быть меньше чем Е = тс2, что ограничивает максимально возможное время ее существования т — тем сильнее, чем больше т. Поскольку ничто не может двигаться быстрее света, то она может передать взаимодействие на расстояние не более чем R = ст, которое называется радиусом взаимодействия.
4. Сила взаимодействия
В литературе часто встречается утверждение, что сила взаимодействий убывает в такой последовательности: сильное → электромагнитное → слабое → гравитационное. Однако это действительно так лишь «с точки зрения электрона». На самом же деле понятие «сила взаимодействия» относительно и зависит от рассматриваемых масштабов. Выше, например, объяснялось, что слабое ядерное взаимодействие не столько слабо, сколько имеет слишком «короткие руки».
Замечательным достижением естествознания 2-й половины XX в. стало выяснение того факта, что по мере роста энергии взаимодействующих частиц значимость («сила») различных взаимодействий выравнивается, так что они становятся неразличимыми. Установлено, что при энергиях порядка энергии покоя частиц, переносящих слабое взаимодействие, последнее наряду с электромагнитным следует рассматривать уже как единое электрослабое взаимодействие (А. Салам, С. Вайнберг и Ш. Глэшоу, Нобелевская премия 1979 г.). У физиков нет больших сомнений в том, что при еще более высоких энергиях исчезает различие между электрослабым и сильным ядерным взаимодействием — дискуссии идут вокруг деталей этого Великого объединения. Наконец, в дальней перспективе просматривается суперобъединение всех четырех фундаментальных взаимодействий.
