Дослідження Всесвіту завжди ставило перед дослідниками низку питань, серед яких передусім «Як побудований Всесвіт, тобто якою є його структура?», «Як із невеликих цеглинок матерії утворюється все різноманіття природних явищ і природних об'єктів?», «Чи однаковим законам підкорюються різні природні явища?». Вивчаючи фізику, ви намагалися знайти відповіді на ці питання. Спробуємо узагальнити.

Відповідаємо на запитання: «Якою є структура Всесвіту?»

Усю доступну для спостереження частину матеріального світу називають Всесвітом.

Усі об’єкти Всесвіту та властиві їм явища наука поділяє на три якісно різні рівні: мікросвіт, макросвіт, мегасвіт. Об’єкти кожного рівня Всесвіту передусім відрізняються масою та розмірами:

Кожний структурний рівень Всесвіту описується власною фізичною теорією. Так, рух і взаємодію об’єктів мікросвіту насамперед описує квантова механіка. У макросвіті панує класична механіка, в основу якої покладено закони механіки Ньютона. Мегасвіт — це передусім об’єкт релятивістської механіки, яка базується на теорії відносності А. Ейнштейна. 

Протягом кількох десятиліть учені намагаються створити теорію єдиної універсальної взаємодії. Деякі кроки вже зроблено. Наприкінці 60-х рр. минулого століття вдалося створити теорію так званої електрослабкої взаємодії, в межах якої об’єднано електромагнітну та слабку взаємодії. Але до повного («великого») об’єднання всіх видів взаємодій ще далеко. 

Гравітаційна взаємодія характерна для всіх матеріальних об’єктів незалежно від їхньої природи. Вона полягає у взаємному притяганні тіл і визначається фундаментальним законом всесвітнього тяжіння: між двома точковими тілами діє сила притягання, прямо пропорційна добутку їхніх мас й обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

Фізичною величиною, що описує здатність тіл вступати у гравітаційну взаємодію, є їхня маса: що більша маса тіл, то сильніше вони притягуються одне до одного. Посередником гравітаційної взаємодії є гравітаційне поле.

Гравітаційною взаємодією пояснюється падіння тіл у полі сили тяжіння Землі. Законом всесвітнього тяжіння описується, наприклад, рух планет Сонячної системи, а також інших макрооб’єктів.

Електромагнітна взаємодія пов’язана з електричними й магнітними полями. Електричне поле виникає за наявності електричних зарядів, а магнітне поле — за умови їхнього руху. У природі існують як позитивні, так і негативні електричні заряди, що й визначає характер електромагнітної взаємодії. Наприклад, електростатична взаємодія між нерухомими зарядженими тілами залежно від знаку зарядів зводиться або до притягання, або до відштовхування. Взаємодія рухомих заряджених тіл (частинок) залежно від їх знаку й напрямку руху також зводиться або до притягання, або до відштовхування.

Фізичною величиною, що описує здатність тіл вступати в електромагнітну взаємодію, є їхній електричний заряд. Посередником електромагнітної взаємодії є електромагнітне поле.

Сильна взаємодія забезпечує зв’язок нуклонів у ядрі й визначає ядерні сили.

Нарешті, слабка взаємодія описує деякі види ядерних процесів, зокрема, характеризує всі види бета-перетворень.

Фізики ведуть пошуки інших типів взаємодій, як у явищах мікросвіту, так і в масштабах всесвіту, проте існування якого-небудь іншого — п’ятого типу взаємодії поки що не знайдено.

Фізики також прагнуть створити теорію, яка б об’єднала всі типи взаємодій, пояснивши їх з єдиної точки зору. Ця ідея випливає зі сприйняття навколишнього світу як єдиного цілого. Таке завдання є надзвичайно складним. Альберт Ейнштейн присвятив 40 останніх років свого життя об’єднанню гравітаційної й електромагнітної взаємодій, проте це йому так і не вдалося.

На початку 60-х років XX ст. американські фізики Стівен Вайнберг і Шелдон Глешоу та пакистанський фізик Абдус Салам запропонували теорію, яка об’єднує слабку та електромагнітну взаємодії. У цій теорії слабка й електромагнітна взаємодії розглядаються як два різні прояви єдиної, більш фундаментальної — електрослабкої взаємодії. Створення теорії електрослабкої взаємодії було відзначено присудженням її авторам Нобелівської премії з фізики в 1979 р.

Питання для самоперевірки

1. Наведіть приклади об’єктів кожного зі структурних рівнів Всесвіту. 

2. Яка теорія переважно описує мікросвіт? макросвіт? мегасвіт? 

3. Чому кожна фізична теорія має межі застосування? 

4. Які фундаментальні взаємодії ви знаєте? Наведіть приклади їх проявів.  

5. Що загального можна сказати про механізм усіх фундаментальних взаємодій?

Тут розміщені навчальні завдання для короткочасної роботи. Вони сформульовані та подані за допомогою Веб-технологій, та можуть бути розв'язані з використанням і широким застосуванням інформаційних ресурсів Інтернету та цифрових технологій.

Мета веб-квесту:

1. Підвищити знання всіх учасників з фізики.

2. Формувати вміння розрізняти і порівнювати типи фундаментальних взаємодій, що не зводяться одна до одної.

3. Сприяти усвідомленню важливості створення теорії, яка б об’єднала всі типи взаємодій, пояснивши їх з єдиної точки зору.

4. Розвивати ІТ-компетентності учасників освітнього процесу.

Результатом вашої роботи з веб-квестом є публікація робіт у вигляді веб-сторінок і веб-сайтів.