Фундаментальные взаимодействия и теория «Великого объединения»
В классической физике понятия вещества и поля резко дифференцированы и опираются на разные концепции. Понятие вещества опирается на корпускулярную научную программу, и вещество определяется, как система частиц – корпускул: атомов, ионов, молекул. Различают четыре агрегатных состояний вещества: газ, жидкость, твердое тело и плазма, которые относительно детально Вы изучили в рамках среднего (полного) общего образования. Понятие поля опирается на континуалисткую научную программу и определяется, как материальный носитель взаимодействий. Наиболее полно раскрыты классические свойства электромагнитного поля на основе введения контролируемых силовых характеристик электрического поля 
и магнитного поля 
. Макроскопические свойства электромагнитного поля описываются уравнениями Максвелла, физический смысл которых детально подтвержден экспериментом. Мы сформулируем физический смысл уравнений. Первое уравнение Максвелла ( 
) выражает закон создания магнитных полей ( ) действием электрических токов ( 
) и переменных электрических полей ( 
). Второе уравнение Максвелла ( 
) выражает закон создания вихревых электрических полей ( 
) действием переменных магнитных полей ( 
). Математическая операция 
указывает на наличие в каждой точке электромагнитного поля связанных между собой вихревых переменных магнитных ( 
) и электрических ( 
) полей. Уравнения, которые по образному выражению Л. Больцмана «рукой Максвелла начертал сам Бог», лежат в основе теории электромагнитных волн и, следовательно, в физических основах радио- и телекоммуникаций, в том числе и информационной системы Internet. Кроме того, из них следует, что скорость передачи электромагнитного взаимодействия не может превышать скорости света в вакууме с, т.е. полевая теория близкодействия, которая была затем распространена на все фундаментальные поля взаимодействий и сменила господствующую до конца XIX в. гипотезу дальнодействия.
В классической физике были известны всего два фундаментальных взаимодействия: гравитационное и электромагнитное, базирующееся на положении, следующем из уравнений Максвелла: электричество и магнетизм – две стороны одной и той же электромагнитной силы.
Гравитационное и электромагнитное взаимодействия получили физическое описание в фундаментальных силах соответствующих взаимодействий, выраженных как в корпускулярной форме взаимодействия гравитационных зарядов (точечных масс): 
(закон всемирного тяготения И. Ньютона) и точечных электрических зарядов: 
(закон Ш. Кулона), так и в полевой форме: 
, где 
- локальное значение напряжённости гравитационного поля, совпадающее на планете Земля с ускорением свободного падения; 
= 
[ 
] – обобщённая сила Лоренца.
В квантово-полевой физической исследовательской программе были открыты ещё два фундаментальных взаимодействия: сильное и слабое, а также исследованы основные сравнительные характеристики фундаментальных взаимодействий (см. схему 21).
Схема 21. Основные сравнительные характеристики фундаментальных взаимодействий.
| Вид взаимодействия | Примеры проявления взаимодействий | Константа взаимодействия | Радиус взаимодействия |
| Сильное | Взаимодействие нуклонов в ядрах атомов, а также всех адронов | 1,0 |  м |
| Электромагнитное | Взаимодействие электрических зарядов, токов, электрических и магнитных полей |  |  |
| Слабое | Взаимодействие элементарных частиц при радиоактивном распаде и их взаимопревращаемости |  |  м |
| Гравитационное | Взаимодействие всех тел |  | |
В 1964 году была выдвинута М. Гелл-Манном гипотеза о том, что адроны не являются элементарными, а составными частицами, состоящими из фундаментальных элементарных частиц – кварков, а в 1967 году С. Вайнберг, Ш. Глэшоу и А. Салам показали, что электромагнитное и слабое взаимодействия представляют собой одно и то же взаимодействие (электрослабое), что было подтверждено в 1983 году экспериментально на ускорителе в ЦЕРН при энергии 
Гэв.
Теория вводит дополнительные частицы (два разнозаряженных бозона 
и 
, а также нейтральный бозон 
) и новое поле особого типа (скалярное поле Хиггса). Эти открытия стимулировали теорию «Великого объединения» (ТВО) сильного и слабого взаимодействий, которые используют понятие единого калибровочного поля (единой теории элементарных частиц), а уровень будущих физических теорий строится на модели гипомира с соответствующими планковскими величинами. Структура ТВО отражена на схеме 22.
Схема 22. Структура теории «Великого объединения».
Сильное и слабое взаимодействия объединяются при очень высоких энергиях порядка 
Гэв. Для подтверждения ТВО необходимо экспериментально обнаружить распад протона (время жизни протона более 
лет (возраст Вселенной ~ 
лет).
Схема ТВО не включает объединения гравитационного взаимодействия с другими взаимодействиями из-за практически отсутствующего воздействия гравитации на интенсивность остальных взаимодействий и на ход реакций превращения элементарных частиц, хотя теоретические схемы такого «Сверхвеликого объединения» разрабатываются на основе объединения супергравитации с внутренней симметрией ОТО. Данная теория вводит частицы – переносчики со спином 
(гравитоны) и частицы со спином 
(гравитино). Важную роль в схемах такого объединения играет теория струн, а также новые представления о суперсимметрии, связывающей между собой бозоны (переносчики) и фермионы (кварки и лептоны). Объединение считается возможным при энергиях порядка 
Гэв, что соответствует температуре 
(такие условия соответствуют ранней стадии возникновения Вселенной).
Характерно, что будущая теория строится на трёх основных мировых константах: 
- скорости распространения взаимодействия (и информации); 
- гравитационной постоянной и 
- постоянной Планка, которые задают и общую структуру разделов теоретической физики (см. схему 23).
Схема 23. Общая структура разделов теоретической физики.
С другой стороны, мировые константы определяют границы применимости современных физических теорий. Мы особое внимание уделим концептуальным основам физических теорий, опирающихся фактически на одну из мировых констант. При этом нам представляется важным к основным константам ( 
) добавить ещё одну мировую константу K Б = 
Дж /K – постоянную Больцмана, которую можно рассматривать как минимальную энтропию, т.е. как минимальную меру Хаоса, и связать с ней взаимопроникновение Порядка и Хаоса в равновесной термодинамике закрытых термодинамических систем, а тем более, в неравновесной термодинамике открытых диссипативных систем и структур.
Как мы уже отмечали, понятия системы, структуры, Хаоса и Порядка имеют принципиальное значение для всего общего естествознания.