Существование различных структур на еще большем, на космическом уровне, обусловлено следующим гравитационным взаимодействием. Благодаря этому взаимодействию планеты находятся в планетных системах на околозвездных орбитах, звезды притягиваются к центрам галактик, галактики находятся в составе кремастронов.
Все материальные объекты нашего мира участвуют в гравитационном взаимодействии, всё имеющее массу притягивается друг к другу. Каждая частица испытывает на себе действие гравитации, и сама является источником гравитации. Сила, с которой два материальных объекта притягиваются друг к другу, прямо пропорциональна обеим массам и обратна пропорциональна квадрату расстояния между ними. То есть, чем больше масса этих объектов и меньше расстояние между ними, тем сильнее они притягиваются. То есть, в отношении гравитации, также как и в отношении электромагнетизма, распространение происходит по закону обратных квадратов. При этом, если расстояние равно бесконечности, то сила гравитационного притяжения соответственно будет равна нулю. И в силу того, что вселенная не является бесконечной, то, соответственно, гравитация существует везде во вселенной.
Гравитация играет значимую роль только в больших масштабах. Сила гравитации в 1040 слабее электромагнетизма. Например, если взять 2 протона и разнести их на расстояние одного метра друг от друга, то электромагнитное отталкивание между ними будет в 1040 раз сильнее, чем гравитационное притяжение. То есть, нужно увеличить силу гравитации в 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 раз, чтобы она сравнялась с электромагнетизмом. И чтобы протоны преодолели электромагнитное отталкивание, нужно собрать вместе, как минимум 1056 протонов. Только оказавшись вместе, как единое целое, они смогут преодолеть электромагнетизм. Масса 1056 протонов – это минимально возможная масса звезды.
Следующее, так называемое слабое взаимодействие, также как и все остальные базовые взаимодействия, представляет собой превращение одних объектов в другие, но которое происходит не в результате соединения, а в результате распада материальных объектов, а именно элементарных частиц.
Благодаря наличию слабого взаимодействия происходит бета-распад радиоактивных ядер. В результате этого процесса некоторые из нейтронов, находящихся в ядре, превращаются в протон, электрон и антинейтрино или в протон, позитрон и нейтрино. Последние два и в том и другом случае покидают ядро. Бета-распад, обусловленный слабым взаимодействием, приводит к изменению количества протонов, а, следовательно, и зарядового числа атомных ядер на единицу. Заряд ядра является определяющим в структуре электронной оболочки атома и соответственно в его химических свойствах.
Помимо нейтронов, находящихся в составе ядер атомов, слабому распаду подвержены мюоны, пи-мезоны, свободные нейтроны и другие виды частиц. Свободные нейтроны благодаря наличию слабого взаимодействия также распадаются на протон, электрон и нейтрино. То есть, одна частица исчезает, три другие появляются.
Также слабое взаимодействие обуславливает наличие термоядерных реакций внутри звезд. В результате этих реакций при последовательном соединении 4 протонов происходит возникновение гелия-4 с испусканием двух позитронов и двух нейтрино.
Кроме того, слабое взаимодействие играет значимую роль на последней стадии существования звезд, в процессе взрыва сверхновых. Взрыв сопровождается выбросом значительной массы вещества из внешней оболочки звезды в межзвездное пространство, а из оставшейся части вещества ядра, взорвавшейся звезды, как правило образуется компактная нейтронная звезда. Выбрасываемое в ходе взрыва вещество в значительной части содержит элементы, образовавшиеся в ходе термоядерного синтеза, происходившего на протяжении всего времени существования звезды.
Таким образом, у нас есть четыре базовых взаимодействия, посредством которых происходит возникновение одних объектов из других. Все эти взаимодействия являются фундаментальными, то есть, они существуют с самого начала, с момента возникновения вселенной, и лежат в основе всех ее систем и событий, происходящих с ними. Благодаря их особенностям имеется возможность существования всех этих различных систем на различных структурных уровнях вселенной, при этом каждое из них играет главную роль на своем уровне, а также дополняет и уравновешивает все остальные. Так, благодаря сильному взаимодействию, протоны и нейтроны образуют ядра атомов, благодаря гравитации существуют космические системы, электромагнетизм определяет свойства макрообъектов, а слабое – распад и упрощение объектов и выделение энергии. Соответственно, сильное взаимодействие, обеспечивающее внутреннюю структуру атомного ядра и его составляющих, является сильнее всех остальных на уровне ядер атомов, электромагнитное – доминирует по отношению к трем остальным на уровне атомов, связывая электроны с ядрами и обеспечивая объединение атомов в молекулы. Гравитационное взаимодействие становится главенствующим на уровне планет, звезд и галактик. При этом все образованные объекты, обладают качествами, которые не имелись у исходных объектов.
Имея определенные характеристики и осуществляясь одновременно, базовые взаимодействия являются определяющим фактором в виде, свойствах и качествах всех объектов и систем материального мира. А само их существование указывает на то, что всё в нашем мире взаимосвязано друг с другом и наделено такими особенностями, что способно вступать в контакты друг с другом и образовывать более сложные системы, а также распадаться на самые простые составляющие.
§ Движение. Еще одной не менее важной особенностью вселенной, дающей нам представление о ней, является то, что всей обычной материи, находящейся в ней, свойственно движение. Движением материальных объектов называется процесс изменения их положения в пространстве.
Все объекты обычной материи, от элементарных частиц до галактик, осуществляют движение различного типа. Так, многие элементарные частицы и перемещаются в пространстве вселенной и имеют спин, то есть собственное вращение. Электроны, входящие в состав атомов, вращаются особым образом вокруг собственной оси и движутся вокруг ядер атомов. Сами атомы, а также молекулы, в состав которых они входят, перемещаются друг относительно друга. Планеты, звезды и другие объекты состоят из находящихся в движении молекул, атомов и элементарных частиц и сами тоже находятся в движении. Например, в Солнечной системе каждая из планет вращается вокруг своей оси. Спутники планет вращаются вокруг своей оси и движутся вокруг своих планет. Планеты со своими спутниками движутся вокруг Солнца. Солнце само вращается вокруг собственной оси и движется вместе со своими планетами, также, как и миллиарды других звезд вокруг, центра галактики, в составе которой все они находятся. Галактики, находящиеся в составе кремастронов, вращаются вокруг центральной галактики и так далее.
Основными характеристиками движения материальных объектов являются перемещение, траектория, скорость и ускорение. Перемещение – это изменение местоположения объекта в пространстве, переход из одной его точки в другую. В случае собственного вращения происходит круговое движение объекта вокруг собственной оси. Траектория – это абстрактная линия в пространстве, по которой движется объект. Она представляет собой множество точек, в которых находился, находится или будет находится объект при своем движении. Скорость – это физическая величина, которая характеризует то, на сколько быстро он перемещается, а ускорением называют изменение скорости как по времени, так и по направлению.
Движение – это одно из самых распространенных, но при этом трудно понимаемых явлений нашего мира. Определение его характеристик сопряжено для нас со множеством трудностей. Во всеохватных, космических и сверхмалых, квантовых, масштабах оно вообще является для нас малопонятным процессом. Во всеохватном масштабе движение в нашем мире происходит относительно неподвижного пространства-вакуума. Для того, кто находился бы одновременно и вне материального мира, и внутри него, движением объектов было бы перемещение из одной точки пространства в другую, из одного положения в другое, в его истинном виде. Для нас же, для материальных объектов, находящихся внутри вселенной и являющихся ее составляющими, перемещение в пространстве, то есть изменение местоположения объекта в пространстве, переход из одной его точки в другую, определяется только относительно других объектов. Мы, находясь внутри вселенной, не можем, например, сказать, как движется Земля в принципе, мы можем лишь определить ее движение по отношению к другим -планетам, звездам, к Солнцу и так далее. То есть, движение любого объекта нам приходится рассматривать по отношению к какому-либо другому объекту обычной материи, но не по отношению к пространству вселенной в целом. Причина этого в том, что пространство вселенной, определяется вакуумом – особой формой материи, которая имеет для нас вид сплошной среды, не дискретной и не различимой для наших органов восприятия, и при том имеющей по отношению к нам невообразимо огромные размеры. Поэтому говорить о движении объекта, мы можем лишь тогда, когда ясно, относительно какого другого объекта, называемого объектом отсчета, изменилось его положение. В связи с этим, для нас движущимися объектами являются только те, что изменяют свое положение относительно других объектов в пространстве. Например, движение автомобиля, едущего по трассе, мы можем определить по изменению его положения относительно зданий и деревьев, о движении самолета, летящего над землей, мы можем судить по изменению его положения относительно поверхности Земли.
