Здоровье, по определению создателя «Теории функциональной системы» П. К. Анохина это норма, формулируется как «оптимальная жизнедеятельность с положительным эмоциональным тонусом». Из этой формулировки видна связь жизнедеятельности организма с эмоциями. Эмоции это нечто неизмеримое в физическом выражении, потому что является продуктом психики, но мы можем выявить корреляцию одного с другим через косвенные связи. Но для этого нужно выявить общую природу жизненных процессов. Все эти «танцы с бубнами» нам нужны с единственной целью – попытаться понять природу психосоматических расстройств и найти способы их устранить. И мы попробуем разобраться в этих связях через фундаментальные физические взаимодействия.
Выделим из списка фундаментальных физических взаимодействий одно – электромагнитное. Через электромагнитное взаимодействие формируются разнообразные связи — от фундаментальных микроскопических до макроскопических сил. Разберём их подробно.
Основные типы связей через электромагнитное взаимодействие
1. Химические связи
Лежат в основе формирования молекул и кристаллических решёток:
- Ковалентная связь. Возникает за счёт обобществления пары электронов между атомами (например, в молекулах H2, O2, CH4).
- Ионная связь. Образуется из-за электростатического притяжения противоположно заряженных ионов (Na⁺ и Cl⁻ в поваренной соли NaCl).
- Металлическая связь. Обусловлена взаимодействием «электронного газа» с положительными ионами в кристаллической решётке металлов.
- Водородная связь. Частный случай диполь-дипольного взаимодействия, важен для структуры воды и ДНК.
- Ван-дер-ваальсовы связи. Слабые силы притяжения между молекулами, возникающие из-за временных диполей (например, между молекулами благородных газов).
2. Связи в атомах и ионах
- притяжение электронов к атомному ядру (положительно заряженному);
- формирование электронных оболочек вокруг ядра;
- образование ионов (анионов и катионов) при потере или приобретении электронов.
3. Межмолекулярные взаимодействия
Определяют агрегатные состояния вещества и многие физические свойства:
- силы притяжения и отталкивания между молекулами;
- поверхностное натяжение жидкостей;
- конденсация газов в жидкости.
4. Макроскопические силы
Большинство механических сил в классической физике имеют электромагнитную природу:
- Сила упругости. Возникает при деформации тел из-за изменения расстояний между атомами/молекулами и соответствующих изменений электромагнитных сил.
- Сила трения. Обусловлена электромагнитным взаимодействием между поверхностями на микроуровне.
- Нормальная сила реакции опоры. Электромагнитное отталкивание атомов соприкасающихся тел.
- Силы поверхностного натяжения. Результат неодинакового электромагнитного взаимодействия молекул на поверхности жидкости и в её объёме.
5. Электростатические связи
- кулоновское притяжение разноимённых зарядов;
- кулоновское отталкивание одноимённых зарядов;
- диполь-дипольные взаимодействия (между молекулами с постоянным дипольным моментом, например, в воде).
6. Магнитные взаимодействия
- взаимодействие магнитных моментов электронов в ферромагнетиках;
- ориентация магнитных доменов;
- притяжение/отталкивание магнитов.
7. Оптические и электромагнитные явления
- поглощение и испускание фотонов атомами и молекулами;
- рассеяние света;
- поляризация света;
- формирование электромагнитных волн.
Физическая основа электромагнитных связей
Все перечисленные связи имеют общую природу:
- Переносчик взаимодействия — фотон (квант электромагнитного поля).
- Радиус действия — бесконечен (сила убывает как r21, согласно закону Кулона).
- Участвующие частицы — любые с электрическим зарядом: электроны, протоны, ионы, заряженные кварки и др.
- Интенсивность характеризуется постоянной тонкой структуры: α≈1371.
Примеры проявления в природе и технике
Краткий итог
Электромагнитное взаимодействие формирует:
- все типы химических связей;
- структуру атомов и молекул;
- большинство макроскопических сил (упругость, трение);
- межмолекулярные и межатомные взаимодействия;
- магнитные и оптические явления.
Эти связи определяют:
- химические свойства веществ;
- агрегатные состояния материи;
- механические, электрические и оптические характеристики материалов;
- биологические процессы (структура белков, ДНК).
Притяжение и отталкивание частичек материи по своему действию похоже на гравитационное взаимодействие.
Да, на первый взгляд притяжение и отталкивание частиц через электромагнитное взаимодействие похоже на гравитационное взаимодействие — но между ними есть принципиальные различия. Разберём подробно.
Сходства
- Закон обратных квадратов. И гравитационная сила (Fg), и электростатическая сила (Fe) убывают пропорционально квадрату расстояния (r) между частицами:
- гравитация: Fg=Gr2m1m2;
- электростатика (закон Кулона): Fe=kr2q1q2.
- Дальнодействие. Оба взаимодействия теоретически действуют на любых расстояниях, хотя их сила быстро уменьшается с расстоянием.
- Математическая форма. Формулы для обеих сил имеют схожую структуру: сила пропорциональна произведению характеристик объектов (масс или зарядов) и обратно пропорциональна квадрату расстояния.
Пояснения к ключевым различиям:
Притяжение vs притяжение и отталкивание.
- Гравитация всегда притягивает — массы не бывают отрицательными.
- Электромагнитные силы могут как притягивать (разноимённые заряды: + и −), так и отталкивать (одноимённые заряды: + и +, или − и −).
Сила взаимодействия.
- Электромагнитная сила намного сильнее гравитационной. Например, сила отталкивания между двумя электронами электромагнитная в ∼1042 раз превышает их гравитационное притяжение.
- Причина, почему гравитация доминирует в космосе: материя в целом электрически нейтральна (суммарный заряд равен нулю), а массы всегда складываются.
Экранирование.
- Гравитацию невозможно экранировать — она действует сквозь любые препятствия.
- Электромагнитные поля можно экранировать (например, клетка Фарадея блокирует внешние электрические поля).
Роль в структуре материи.
- Гравитация слабо влияет на микромир: силы между атомами и молекулами определяются электромагнитным взаимодействием. Но нужно помнить, что массы частиц складываются.
- Электромагнетизм формирует атомы, молекулы, химические связи, свойства материалов.
Краткий итог
Хотя математически гравитационное и электромагнитное взаимодействия похожи (закон обратных квадратов), их физические проявления кардинально различаются:
- Гравитация: всегда притягивает, универсальна (действует на все массы), слаба, не экранируется, доминирует в космосе.
- Электромагнетизм: притягивает и отталкивает, действует только на заряженные частицы, намного сильнее, может экранироваться, определяет структуру материи на всех масштабах, кроме космических.