Fizikos sričių pavyzdžiai. Maskvos valstybinis poligrafijos universitetas

Fizinis laukas- Tai ypatinga forma materija, kuri egzistuoja kiekviename erdvės taške ir pasireiškia paveikdama substanciją, kuri turi savybę, susijusią su ta, kuri sukūrė šį lauką. Pagrindinis skirtumas yra lygumas.

korpusas + krūvio laukas kūnas + krūvis

Fizinių laukų savybės

Iš esmės skiriasi materijos ir lauko elgsena. Medžiaga visada turi aštrią užimamo tūrio ribą, tačiau laukas iš esmės negali turėti aštrios ribos, ji sklandžiai keičiasi iš taško į tašką.

Viename erdvės taške gali egzistuoti begalinis skaičius fiziniai laukai, kurie neturi įtakos vienas kitam.

Laukas ir materija gali vienas kitą paveikti.

Matematinė klasifikacija laukus

Elektromagnetinis laukas- tai ypatinga materijos forma, kuriai būdinga vektorių E ir H reikšmė kiekviename erdvės taške.

Laukai skirstomi į: skaliarinį, vektorinį, tenzorinį.

Skaliariniai laukai yra tam tikra skaliarinė funkcija, kurios apibrėžimo sritis yra nuolat paskirstyta kiekviename erdvės taške.

Skaliarinis laukas apibūdinamas lygiu paviršiumi, kuris pateikiamas pagal lygtį:

(1.1)

Vektorinis laukas yra ištisinis vektorinis dydis, kurio apibrėžimo sritis nurodyta kiekviename erdvės taške.

APIE Pagrindinė šio lauko charakteristika yra vektorinė linija. Tai yra linija, kurios kiekviename taške lauko vektorius nukreiptas tangentiškai.

Fizinis elektros linijų registravimas:

(1.2)

Tenzorinis laukas yra ištisinis tenzoriaus dydis, paskirstytas erdvėje.

tenzoras
(1.3)

Diferencinės fizikinių laukų charakteristikos

Gradientas yra skaliariniam laukui būdingas vektorius. Skaliarinės funkcijos gradientas yra vektorius, kuris skaitiniu požiūriu yra lygus šios funkcijos išvestinei normalės link lygaus paviršiaus ir nukreiptas išilgai šios normalės.

(1.4)

Gradiento savybės:

gradientas yra skaitiniu požiūriu lygus maksimalus greitis funkcijų pokyčiai.

D atvaizdavimas:

(1.5)

gradiento kryptis sutampa su greičiausio funkcijos pokyčio kryptimi.

(1.6)

Divergencija yra vektorinio lauko skaliarinė charakteristika. Vektoriaus lauko divergencija yra srauto santykio per uždarą paviršių riba S iki tūrio, esančio šiame paviršiuje.

(1.7)

- tam tikras srautas

(1.8)

D Ivergencija apibūdina šaltinių buvimą arba nebuvimą tam tikrame lauko taške (kur laukas prasideda arba baigiasi).

Jei kuriuo nors momentu
, tada šioje vietoje yra lauko šaltinis, t. y. jo pradžia ir vieta, kur laukas baigiasi
, ir šis taškas vadinamas nutekėjimu. Taške, kur nėra šaltinių
.

jų judėjimo parametrus (greitį, impulsą, kampinį momentą), keičia jų energiją, atlieka darbą ir kt. Ir tai apskritai buvo aišku ir suprantama. Tačiau tiriant elektros ir magnetizmo prigimtį atsirado supratimas, kurie sąveikauja tarpusavyje elektros krūviai gali be tiesioginio kontakto. Šiuo atveju atrodo, kad nuo trumpojo nuotolio veiksmo sąvokos pereiname prie nekontaktinio ilgo nuotolio veiksmo. Taip atsirado lauko samprata.

Formalus šios sąvokos apibrėžimas yra toks: fizinis laukas yra speciali materijos forma, jungianti materijos daleles (objektus) į vieningas sistemas ir perduodanti terminalo greitis vienos dalelės veikimas kitai. Tiesa, kaip jau minėjome, tokie apibrėžimai yra pernelyg bendri ir ne visada nulemia gilią ir konkrečią praktinę sąvokos esmę. Fizikai sunkiai atsisakė fizinio kontaktinio kūnų sąveikos idėjos ir pradėjo paaiškinti įvairūs reiškiniai tokie modeliai kaip elektrinis ir magnetinis „skystis“ panaudojo idėją mechaninės vibracijos terpės dalelės - eterio, optinių skysčių, kalorijų, flogistono modeliai šiluminiuose reiškiniuose, apibūdinantys juos ir su mechaninis taškas regėjimas ir netgi biologai pristatė " gyvybingumas» paaiškinti procesus gyvuose organizmuose. Visa tai yra ne kas kita, kaip bandymai apibūdinti veiksmo perdavimą per materialią („mechaninę“) terpę.

Tačiau Faradėjaus (eksperimentiniu būdu), Maxwello (teoriškai) ir daugelio kitų mokslininkų darbai parodė, kad yra elektrinių magnetiniai laukai(taip pat ir vakuume) ir būtent jie perduoda elektromagnetinės vibracijos. Paaiškėjo, kad matoma šviesa Tam tikrame virpesių dažnių diapazone yra tie patys elektromagnetiniai virpesiai. Nustatyta, kad vibracijos skalėje elektromagnetinės bangos skirstomos į keletą tipų: radijo bangos (10 3 - 10 -4), šviesos bangos(10 -4 - 10 -9 m), IR (5 × 10 -4 - 8 × 10 -7 m), UV (4 × 10 -7 - 10 -9 m), rentgeno spinduliuotė(2 × 10 -9 - 6 × 10 -12 m), γ spinduliuotė (< 6 ×10 -12 м).

Manoma, kad gravitacinis ir elektrinis laukai veikia nepriklausomai ir gali egzistuoti kartu bet kuriame erdvės taške vienu metu, nepaveikdami vienas kito. Bendra jėga, veikianti bandomąją dalelę, kurios krūvis q ir masė m, gali būti išreikšta vektoriaus suma ir . Nėra prasmės sumuoti vektorius, nes jie turi skirtingų dydžių. Įvadas į klasikinės elektrodinamikos sąvokas elektromagnetinis laukas sąveikos ir energijos perdavimas sklindant bangoms erdvėje, leido nutolti nuo mechaninio eterio vaizdavimo. Senojoje sampratoje eterio, kaip tam tikros terpės, paaiškinančios kontaktinio jėgų veikimo perdavimą, samprata buvo paneigta tiek eksperimentiškai Michelsono šviesos greičio matavimo eksperimentais, tiek daugiausia Einšteino reliatyvumo teorija. Pasirodė, kad galima aprašyti per laukus fizinės sąveikos, už kurį generolas skirtingų tipų charakteristikų laukai, apie kuriuos čia kalbėjome. Tačiau reikia pažymėti, kad dabar eterio idėją kai kurie mokslininkai iš dalies atgaivina remdamiesi fizinio vakuumo koncepcija.

Taigi po mechaninio paveikslo susidarė naujas elektromagnetinis pasaulio vaizdas. Jis gali būti laikomas tarpiniu šiuolaikinio gamtos mokslo atžvilgiu. Pažymėkime kai kuriuos bendrosios charakteristikosši paradigma. Kadangi tai apima ne tik idėjas apie laukus, bet ir naujus duomenis apie elektronus, fotonus, branduolinis modelis atomas, raštai cheminė struktūra medžiagos ir elementų išdėstymas periodinė lentelė Mendelejevas ir daugybė kitų gamtos pažinimo rezultatų, tada, žinoma, ši sąvoka apėmė ir kvantinės mechanikos bei reliatyvumo teorijos idėjas, kurios bus aptartos toliau.

Pagrindinis dalykas šiame vaizde yra gebėjimas apibūdinti didelis skaičius lauko samprata pagrįsti reiškiniai. Buvo nustatyta, priešingai nei mechaninis vaizdas, kad materija egzistuoja ne tik substancijos, bet ir lauko pavidalu. Pagrįsta elektromagnetine sąveika bangos reprezentacijos gana užtikrintai apibūdina ne tik elektrinius ir magnetinius laukus, bet ir optinius, cheminius, terminius ir mechaniniai reiškiniai. Materijos lauko vaizdavimo metodika gali būti naudojama ir kitokio pobūdžio laukams suprasti. Buvo bandoma susieti korpuskulinis pobūdis mikroobjektai su bangų gamta procesus. Nustatyta, kad elektromagnetinio lauko sąveikos „nešėjas“ yra fotonas, kuris jau paklūsta kvantinės mechanikos dėsniams. Gravitoną bandoma rasti kaip gravitacinio lauko nešiklį.

Tačiau nepaisant didelės pažangos suvokiant mus supantį pasaulį, elektromagnetiniame paveiksle nėra trūkumų. Taigi, tikimybiniai metodai iš esmės nėra pripažįstami kaip pagrindinis Niutono požiūris; atskiros dalelės o griežtas priežasties ir pasekmės santykių vienareikšmiškumas (dabar ginčijamasi sinergetikų), branduolinės sąveikos ir jų laukų aiškinamas ne tik elektromagnetine sąveika tarp įkrautų dalelių. Apskritai ši situacija yra suprantama ir paaiškinama, nes kiekviena dalykų prigimties įžvalga gilina mūsų supratimą ir reikalauja sukurti naujus adekvačius fizinius modelius.

Kur G yra gravitacinė konstanta ir yra atstumas tarp šio kūno ir kūno, kurio indeksas j.
Išskirdami pasirinkto kūno masę šioje išraiškoje, galime rašyti

Kur yra dydis

Nepriklauso nuo tiriamo kūno savybių (masės).
vektorinis laukas,

Kur yra vektorinis laukas, vadinamas elektrinio lauko stipriu ir lygus

.

Šiuo atveju sąveikos jėga taip pat rašoma kaip tiriamo kūno charakteristikų sandauga (įkrova), o visa informacija apie kitus krūvius sumažinama iki vieno vektorinis kiekis– elektrinio lauko stiprumas.
Pateikti laukų apibrėžimai yra pagrįsti ilgo veikimo principu ir galioja tik klasikinė fizika. Jei lauką lemiančios dalelės juda, tai klasikinės fizikos rėmuose tiriama dalelė akimirksniu pajus savo padėties pasikeitimą.
Tačiau taikant trumpojo nuotolio veikimo principą, galiojantį reliatyvumo teorijos rėmuose, informacija apie kūnų judėjimą neperduodama akimirksniu ir jai reikalingas tarpininkas, todėl lauko sąvoka įgauna atskiro žodžio reikšmę. esybė, kurios judėjimui erdvėje apibūdinti reikia atskirų lygčių.
Taigi, atsižvelgiant į trumpojo nuotolio sąveiką, vėl įrašoma jėga, veikianti krūvį

Tačiau elektrinio lauko stiprumas randamas pagal Maksvelo lygtis. Ji lygi aukščiau pateiktai išraiškai tik tuo atveju stacionarūs krūviai.
Išsamią informaciją šia tema galite rasti straipsnyje Atsilikimas.

vienas iš pagrindinių 2 pusėje iškilusias fizikos sąvokas. XVII a [nors terminas "P.f." į fiziką buvo įvestas daug vėliau nei anglų kalba. fizikas J.C. Maxwellas; matematinė išvaizda; terminas „laukas“ siejamas su anglų kalbos kūryba. matematikas W. R. Hamiltonas „On quaternions“ (W. R. Hamilton, Lectures on quarternions, Dublin, 1853)]. Nuo to laiko sąvoka P. f. ne kartą keitė savo prasmę, tačiau išliko visuose šio pokyčio etapuose glaudus ryšys su erdvės sąvoka, išreikšta P. f sąvokos vartojimu. apibūdinti erdviškai nuolatinis paskirstymas fizinis kiekiai Šiuolaikinės reprezentacijos fizikai apie P. f. atsiskleisti pagal dvi labai skirtingas linijas – klasikinę ir kvantinę. Klasikinė linija P. f koncepcijos plėtra. Ši eilutė prasideda Niutono visuotinės gravitacijos dėsnio (1687 m.) nustatymu, kuris leido apskaičiuoti Pf. gravitacijos jėgų. Jis tęsiasi hidrodinamine. Eulerio (XVIII a. 50-ųjų) darbai, nagrinėjęs greičių pasiskirstymą erdvėje, užpildytoje judančiu idealiu skysčiu (greičio lauku). Didžiausi nuopelnai plėtojant P. f. koncepciją. priklauso anglams fizikas M. Faradėjus (XIX a. 30 m.), detaliai sukūręs koncepciją elektros linijos P. f. Klasika koncepcijos raidos linija P. f. šakos į dvi. Pagrindinė šaka siejama su tyrimu P. f. elektros ir magnetinės jėgos(Kuulo dėsnis, 1785), kurie iš pradžių buvo laikomi nepriklausomais, bet dėl ​​datų darbo. fizika H. Oerstedas (1821), prancūzas. fizikai A. Ampere'as (1826) ir Faraday'us (1831), jie buvo pradėti laikyti kartu – kaip vienos elektromagnetinės fizikos komponentai. Šiuo laikotarpiu P. f sąvokos reikšmė. priklausė nuo idėjų apie jėgų veikimo pobūdį. Tolimojo veiksmo sampratoje, kilusioje nuo Niutono, P. f. grojo aux. vaidmenį, jis tarnavo tik kaip sutrumpintas tuščios erdvės regiono, kuriame gali pasireikšti tolimojo nuotolio jėgos, pavadinimas. Žinant fizinės funkcijos potencialą, buvo galima kiekviename erdvės taške apskaičiuoti jėgą, veikiančią ten patalpintą kūną, nesiimant kūnų sąveikos dėsnio. Fizinių savybių nešėjai. tikrovė (masė, energija, impulsas, krūvis, jėga) šioje sąvokoje buvo kūnai, sąveikaujantys per atstumą be k.-l pagalbos. tarpininkai agentai. Nesant bent vieno iš sąveikaujančių kūnų, nebuvo ir jėgų, t.y. P. f. nepriklausomybės neturėjo. egzistavimą. Iš Dekarto kilusioje trumpojo nuotolio veiksmo koncepcijoje sąveika buvo vykdoma keičiant tarpinės terpės – eterio – būseną, užpildant visą erdvę. Energijos nešėjai šioje koncepcijoje buvo ne tik sąveika. kūnus, bet ir juos supantį eterį, kad kartu su galios lauku būtų galima kalbėti ir apie energijos lauką. Tuo pačiu, kaip ir mechanikos inžinerijoje. teorijų, kurios paaiškino mechaninių jėgų atsiradimą. eterio judėjimas ir elastinė įtampa, ir grynas elektromagnetines teorijas, paliekant eterį nejudantį ir nedeformuojamą, P. f. vis dar buvo atimta nepriklausomybė. egzistavimą. Būdamas eterio – substancijos, turėjusios pirminę tikrovę – būsenos pokyčiams, P. f. turėjo ontologinį jo atributo statusas, t.y. turėjo tik antrinę tikrovę. Šį pokytį lėmė atskiri P. f. šaltiniai. – srovės ir krūviai, kad su jais neatsiejamai susijęs P. f. šaltinio neturinčiame P. f. eteris neegzistavo. Kitas žingsnis kuriant klasiką. sąvokos P. f. siejamas su laisvosios dinamikos teorijos pasiekimais. elektromagnetinis P. f. (elektromagnetinės bangos, kurių ypatingas atvejis yra šviesa), kurios, sukurtos, gali egzistuoti nepriklausomai nuo ją sukėlusių šaltinių (Maxwell, 1864; Hertz, 1888). Dėl to tapo įmanoma priskirti P. f. pulsas. Tačiau, kadangi eteris ir toliau tarnavo kaip medžiagos nešiklis dinamikai. P.f., pastarajam vis tiek buvo atimta nepriklausomybė. egzistavimą, todėl impulsas P. f. (taip pat ir jo energija) iš tikrųjų buvo ne P. f., o eterio charakteristika. Dėl to sąvoka „lauko energija“ turėtų būti suprantama ne tiesiogine prasme, o kaip „energijos laukas“. Klasika elektromagnetinio Pf teorija. buvo baigtas A. Einšteino darbu apie specialų. reliatyvumo teorija (1905). Atimant eterio funkciją būti abs. atskaitos sistema sukūrė galimybę priskirti P. f. savarankiškas egzistavimą. Nors šį sprendimą padiktavo ne būtinybė, tačiau dauguma fizikų jam pritarė. Iš materialios substancijos (eterio) būsenos pavirtęs į savarankišką. medžiaginė medžiaga, elektromagnetinė P. f. su medžiaga dalijasi energijos, impulso ir masės nešėjo funkcijomis. Energija ir impulsas ir toliau yra judėjimo charakteristikos. [Kartais materialios substancijos statusas priskiriamas ne P. f., o energijai. Taigi judėjimas (energija) (žr. F. Engelsas, Gamtos dialektika, 1964, p. 45, 78, 168) iš atributo virsta substancija. Šiuo atveju P. f. vis dar neturi nepriklausomybės. egzistavimą, bet tarnauja kaip nuolatinio energijos pasiskirstymo erdvėje charakteristika, dėl kurios frazė „energijos laukas“, o ne „lauko energija“ yra teisingesnė. Substancijos statusą energijai priskirianti kryptis kartais tapatinama su energingumu).] Antroji klasikos atšaka. koncepcijos raidos kryptys P. f. siejamas su pažanga teorinėje srityje tyrimas P. f. gravitacinės jėgos (gravitacinė fizika). Pradedant nuo Niutono ir iki Einšteino darbų bendroji teorija reliatyvumo teorija (XX a. 10-osios), gravitacija buvo aiškinama remiantis tolimojo nuotolio jėgų idėja ir negalėjo būti įtraukta į trumpojo nuotolio veiksmų sąvoką. Remdamasis inercinės ir sunkiosios masės lygybės faktu, Einšteinas suformulavo reliatyvistinę gravitacijos teoriją. P. f., kuris apima ir gravitacinį P. f. Erdvės savybės apibūdinamos tuo pačiu dydžiu. Tai leidžia žengti naują žingsnį plėtojant P. f. koncepciją. palyginti su tuo, kas buvo pasiekta klasikinėje reliatyvistinė elektromagnetizmo teorija. specialistas. Reliatyvumo teorija pirmoji atskleidė esminį elektromagnetinės fizikos vaidmenį. nustatant metrines erdvės ir laiko charakteristikas, kurios, kaip paaiškėjo, priklauso nuo šviesos greičio. Tačiau jame vis tiek išliko erdvės ir laiko kontinuumas nepriklausomas elementas fizinis tikrovė, tarnaujanti tik kaip P. f. sąveikos arena. ir medžiagos. Tai galima būtų laikyti kažkuo absoliučiu, nes P. f. o materija egzistavo erdvėlaikyje. Bendrojoje reliatyvumo teorijoje tikrovės erdvės ir laiko aspektą visiškai išreiškia gravitacija. Pf, priklausomai nuo keturių koordinačių parametrų (trijų erdvinių ir vieno laiko). „...Tai yra šio lauko savybė Jei įsivaizduosime, kad laukas pašalintas, tada neliks „erdvės“, nes erdvė neturi savarankiškos egzistencijos“ (Einšteinas?., Reliatyvumo teorijos esmė. , M., 1955, p. 147). Tą patį, be abejo, galima pasakyti ir apie laiką. Prieinamumas klasikinis dviejų rūšių fizika. realybe, radikaliai skiriasi savo erdvinė struktūra(P.f. ir medžiagos), taip pat dvi kokybiškai įvairių tipų P. f. (elektromagnetinis ir gravitacinis) sukėlė daugybę. bando sukurti nuoseklumą vieninga teorija P. f., kuriame gravitacija ir elektromagnetizmas, viena vertus, logiškai neturėtų būti atskiri P. f. tipai, bet įvairių aspektų vienas, vienvietis P. f.; kita vertus, materijos dalelės jame turėtų būti aiškinamos kaip ypatingi Pf. regionai, kad Pf. ir jo šaltiniai, interpretuojami kaip vienetiniai taškai(singuliarumai) Pf., būtų vienybės. fizinės apibūdinimo priemonės realybe. Tačiau sėkmės stoka vėliau ir įtikins. tokios programos įgyvendinimas sukėlė didelį skepticizmą jos atžvilgiu, todėl šiuo metu. Tuo metu ji neturi daug šalininkų. Kvantinė P. f koncepcijos raidos linija. Ši linija tęsiasi iki šiol. laiko, atsirado dėl poreikio interpretuoti fotoelektrinio efekto tyrimo eksperimentų rezultatus. Iki L. de Broglie (1924) darbų šviesos, kaip erdviškai atskirų dalelių (fotonų) srauto, idėja, kurią Einšteinas pristatė 1905 m. šiems eksperimentams paaiškinti, atrodė nesuderinama su klasikine. šviesos kaip erdvėje nenutrūkstamos fizinės funkcijos idėja. De Broglie teigė, kad kiekviena dalelė (ir ne tik fotonas) turi bangų funkciją, susijusią su ja. Dalelių ir bangų dualizmas tapo esminiu nereliatyvizmo bruožu kvantinė mechanika. Tačiau ?-laukas jame nėra taip tiesmukai ontologizuotas kaip de Broglie ir jo idėjas plėtojusių E. Schrödingerio (1926, 1952) ir D. Bohmo (1952) idėjos. Pagal Kopenhagos interpretacija kvantinė mechanika, dalijamasi dabartyje. laiko, didžioji dauguma mokslininkų, ?-laukas yra vadinamasis. Tikimybių laukas (žr. Mikrodalelės). Reliatyvistiniu požiūriu kvantinė teorijašiuolaikinėje jos raidos etapas, banginių funkcijų kvantinė teorija. yra vienintelis. elementariųjų dalelių ir jų sąveikos apibūdinimo būdas. Jos rėmuose P. f. koncepcija. patiria tolesnė plėtra. Dėl bet kokių elementariųjų dalelių banginių savybių ir visų P. f. kvantinių (korpuskulinių) savybių kiekvienas P. f. (buvusiąja, klasikine prasme) kartu yra ir dalelių kolektyvas, o kiekvienas dalelių rinkinys (ankstąją, klasikine prasme) reiškia funkcinę funkciją. Taigi, reliatyvistinė kvantinė teorija naujas pagrindas grįžta prie banginių dalelių dualizmo ontologizavimo, traktuodamas Schrödingerio lauką kaip klasikinį. P. f. materija (žr. E. Henley ir W. Thirring, Elementary quantum field theory, Moscow, 1963, p. 19). Reikšminga, kad ontologinis. dalelių lygybė ir P. f. vyksta tik atsižvelgus į vadinamąjį v i r t u a l p a c t s. Jei atsižvelgsime tik į realias daleles, tai P.f. pasirodo ontologiškai reikšmingesnis, nes turi vakuuminę būseną, kurioje nėra tikrų dalelių (bet yra neapibrėžta kintamas kiekis virtualios dalelės, kurio egzistavimas pasireiškia Pf vakuuminės būsenos svyravimais.). Dažnai skiriami P. f. dalelės-sąveikos šaltiniai ir P. f. dalelės pereina į sąveiką. Taip yra dėl to, kad šaltinio dalelių sąveika aiškinama kaip virtualių Pf kvantų mainai, kurie tarnauja kaip sąveikos nešėjas. Esant pakankamam sąveikos intensyvumui (intensyvumo matas yra energija), virtualūs kvantai gali virsti tikraisiais, sukeldami vadinamųjų egzistavimą. nemokamas P. f. Laisvosios funkcinės funkcijos, apibūdinančios dalelių būklę prieš ir po sąveikos, nėra stebimos, nes stebėjimas kvantinėje mechanikoje yra neatsiejamas nuo sąveikos. Paskutinis, žiūrint iš taško. P. f. kvantinė teorija yra ne kas kita, kaip vieno apibrėžimo transformacija. būklė P. f. (dalelių rinkinys) į kitą. Sąveika su P. f. dažniausiai aiškinamas remiantis dalelių sugerties ir emisijos samprata. Šios dalelės gali būti realios arba virtualios. Virtualioms dalelėms energija ir impulsas paklūsta išsaugojimo dėsniams tik iki santykių neapibrėžtumo, todėl mažais atstumais didelis skaičius virtualios dalelės. Tai veda prie to, kad esant sąveikai minėti paprastas ryšys tarp dalelių ir P. f. Sąveikaujančios dalelės (taip pat ir viena reali dalelė, kuri, nesant kitų, sąveikauja su vakuumu, taip pat su savo PF, kurios šaltinis ji pati yra) yra apsupta virtualių dalelių debesies. Griežtai kalbant, vienos dalies nebegalima lyginti su tikra dalele. P. f. Dr. žodžiais, jos įvaizdis vienu ar kitu laipsniu apima P. f. visos kitos elementarios dalelės. Pagrindinis šių laikų sunkumai kvantinė teorija P. f. slypi tame, kad trūksta metodų, kaip tiksliai išspręsti sąveikaujančių funkcinių funkcijų lygtis. IN kvantinė elektrodinamika(elektromagnetinių ir elektronų-pozitronų funkcijų sąveikos teorijos), apytikslį tokių lygčių sprendimą palengvina sąveikos jėgos mažumas, leidžiantis naudoti supaprastintą sąveikos modelį (perturbacijos teoriją). Teoriškai stiprios sąveikos, kur kvantinė teorija P. f. yra tik diagrama, dar nėra griežtai išspręsta be prielaidos, kad sąveika yra nedidelė. Poreikis pritraukti visus P. f. (įskaitant gravitacinį, kuriam taip pat taikomas kvantinis metodas), siekiant tiksliai aprašyti elementariųjų dalelių sąveiką, kilo noras sukurti vieningą kvantinę teoriją. Pf nebūtų paėmęs iš patirties viso elementariųjų dalelių masių ir sukimų spektro, o būtų gavęs jį automatiškai. Garsiausias bandymas šia kryptimi priklauso Heisenbergui (vienos netiesinės spiporinės fizikos teorija - „pirma materija“), kuri vis dėlto dar neatnešė apčiuopiamų fizinių rezultatų. rezultatus. Minėti Pf kvantinės teorijos sunkumai. gimė idėja pakeisti P. f operatorių lygtis. sudaryti tokią lygčių sistemą, kuri remtųsi tik bendromis sklaidos matricos savybėmis (S-matrica), kuri tiesiogiai sieja laisvosios funkcinės funkcijos būseną. prieš ir po sąveikos ir nepretenduotų į išsamų sąveikos procesų erdvėlaikinį aprašymą. Šiuo keliu į dabartį. Tuo metu kai kurie mokslininkai kėlė radikalius reikalavimus visiškai atsisakyti Pf sąvokos vartojimo. Tai daroma remiantis prielaida, kad erdvės ir laiko kontinuumo sąvoka neturi fizinės reikšmės. prasmė šiuolaikiškai mikrofizika ir jos statusas panašus į eterio sąvoką XIX a. fizikoje. (žr. G. F. Chew, Abejotinas erdvės-laiko kontinuumo vaidmuo mikroskopinėje fizikoje, žurnale: „Science Progress“, 1963, t. 51, Nr. 204, p. 529). Tuo pačiu metu atsisakymas naudoti erdvės ir laiko sąvokas (o kartu ir fizinių funkcijų idėją) mikrofizikoje, žinoma, jokiu būdu nereiškia atsisakymo jas naudoti makrofizikoje (taip pat žr. E. I. Zimmerman, The macroscopio erdvėlaikio prigimtis, žurnale: "American Journal of Physics", 1962, 97 eil.). Tačiau dauguma mokslininkų vis dar mano, kad būtina vartoti sąvoką P. f. (ir kartu su juo, žinoma, erdvės ir laiko reprezentacija) kaip ontologinis. elementariųjų dalelių sąveikos aprašymo pagrindas. Šiuo keliu P. f. teorijoje. kyla, ypač įdomi idėja apie egzistavimą gamtoje vadinamųjų. kompensiruyuschih P.f., kurių kiekvienas yra atsakingas už vienokių ar kitokių pagrindinių fizinių savybių išsaugojimą. kiekiai sąveikos metu. Sudėtinga metodinė problemų, kylančių dėl šiuolaikinių idėjos apie P. f., itin įvairiapusės. Tai susiję su labai abstrakčios matematikos interpretavimo problema. modernus prietaisas teorija apie P. f. (ypač tai apima virtualių dalelių ontologinio statuso klausimą) ir sąveikos apibūdinimo metodų problemą (Hamiltono formalizmas ar S matrica?). Paskutinė problema panaši sena problema judėjimo išraiškos sąvokų logikoje, fiksuotos Zenono Elėjos aporijose: kaip apibūdinti sąveiką – per jos rezultatus (S-matrica) arba per jos erdvinę-laikinę eigą (Hamiltono formalizmas). Tai taip pat apima sąveikos aprašymo adekvatumo problemą, pagrįstą dep. idėjos apie P. f. ir apie jo šaltinį, kurį 30-aisiais iškėlė Pauli. Diskusijos visais šiais ir daugeliu kitų metodinių klausimų. P. f. teorijos problemos. yra vykdomi ir dar toli gražu nėra baigti. Lit.: Maxwell D.K., Izbr. Op. apie elektromagnetinio lauko teoriją, vert. [iš anglų kalbos], M., 1954; Einšteinas?., Infeld L., Fizikos evoliucija, vert. iš anglų k., 2 leidimas, M., 1956 m.; Ovčinikovas?. ?., Masės ir energijos samprata jų istorine prasme. plėtra ir filosofija vertė, M., 1957, p. 177; Markovas. ?., Hiperonai ir K-mezonai, M., 1958; jis, o modernus. atomizmo forma, „VF“, 1960, Nr. 3, 4; Steinman R. Ya., Erdvė ir laikas, M., 1962, p. 68, 143; Kuznecovas B.G., Fizikos raida. idėjos nuo Galilėjaus iki Einšteino šiuolaikinių laikų šviesoje. Mokslai, M., 1963, sk. 2, 3, 4; Whitaker?., Istorija eterio ir elektros teorijos. Klasikinės teorijos, L.–, 1951 m.

Dvasių materializavimas ir dramblių platinimas.
Įėjimo bilietai nuo 50 k iki 2 r.
I. Ilfas, E. Petrovas

Kas yra pagrindinės sąveikos ir pagrindines sritis? Kodėl fundamentalūs laukai gali būti laikomi vienu iš materijos komponentų?

Pamoka-paskaita

Apie tai, kas yra sritis ypatinga rūšis gali būti perskaityta daugelyje fizikos vadovėlių ir netgi enciklopedinis žodynas. Tačiau šio teiginio paaiškinimai ne visada randami. Todėl to, kas sakoma, prasmė dažnai lieka neaiški. Pabandykime tai išsiaiškinti ir „materializuoti lauką“. Atkreipkite dėmesį, kad aukščiau pateiktas teiginys netaikomas jokiems laukams, o tik pagrindiniams. Kas yra pagrindinės sritys?

Fundamentalios sąveikos ir fundamentalūs laukai. Studijuodamas fiziką susipažinai su įvairiomis jėgomis- tamprumo jėga, trinties jėga, gravitacijos jėga. Kiekviena iš šių jėgų apibūdina tam tikrą kūnų sąveiką. Kaip žinia, mokslo raida parodė, kad visi makroskopiniai kūnai susideda iš atomų ir molekulių (tiksliau – iš branduolių ir elektronų). Iš atominio-molekulinio modelio matyti, kad kai kurios makroskopinių kūnų sąveikos gali būti pavaizduotos kaip atomų ir molekulių sąveikos rezultatas arba, dar labiau įsigilinus į materijos struktūrą, kaip branduolių sąveikos rezultatas. ir elektronai, sudarantys makroskopinius kūnus.

Visų pirma, jėgos, tokios kaip tamprumo jėga ir trinties jėga, yra jėgų, veikiančių tarp elektronų ir branduolių, rezultatas. Bet gravitacinės sąveikos ir elektromagnetinės sąveikos negalėjo būti redukuojamos į kai kurias kitas sąveikas, nors tokių bandymų buvo.

Sąvoka pradėta naudoti norint apibūdinti sąveikas, kurių negalima redukuoti į kitas sąveikas esminis, o tai reiškia „būtinas“.

Kaip aptarta ankstesnėje pastraipoje, pagrindinės gravitacinės ir elektromagnetinės sąveikos gali būti nagrinėjamos remiantis sąveika su lauku. Pradėti vadinti laukai, atitinkantys pamatines sąveikas pagrindines sritis.

Pagrindinės sąveikos yra gravitacinė ir elektromagnetinė sąveika.

Mokslo raida parodė, kad gravitacinė ir elektromagnetinė sąveika nėra vienintelės pagrindinės sąveikos. Šiuo metu buvo aptiktos keturios pagrindinės sąveikos. Apie kitus du esminės sąveikos mokomės tyrinėdami mikropasaulį.

Elektromagnetiniai ir gravitaciniai laukai yra pagrindiniai laukai, kurių negalima redukuoti iki jokių dalelių judėjimo.

Tolimojo ir trumpo nuotolio. Jau žinome, kad sąveiką tarp dalelių (įkrautų ir neįkrautų) galima apibūdinti naudojant laukus, tačiau lauko sąvokos įvesti nereikia. Sąvoka, pagal kurią dalelių sąveika aprašoma tiesiogiai, neįvedant lauko sąvokos, vadinama tolimojo veikimo samprata. Pavadinimas reiškia, kad dalelės sąveikauja dideliais atstumais. Priešingai, antroji sąvoka, pagal kurią sąveika vykdoma per lauką (gravitacinis ir elektromagnetinis), vadinama artimo veiksmo sąvoka. Trumpojo nuotolio sąveikos sąvokos prasmė ta, kad dalelė sąveikauja su šalia jos esančiu lauku, nors patį šį lauką gali sukurti labai toli esančios dalelės (13 pav.).

Ryžiai. 13. Sąveikos iliustracija, pagrįsta ilgalaikio veiksmo (a) ir trumpojo nuotolio veiksmo (b. c) samprata.

Pirmuoju atveju (žr. 13 pav., a) krūvį q veikia jėga F nuo krūvio Q, esančio atstumu r. Antruoju atveju krūvis Q aplink jį sukuria lauką E(x, y, z). Visų pirma taške, kurio koordinatės x 0, y 0, z 0, kur yra krūvis q, sukuriamas laukas E(x 0, y 0, z 0) (žr. 13 pav., b). Šis laukas, o ne tiesiogiai krūvis Q, sąveikauja su krūviu q (žr. 13 pav., c).

Istoriškai žinios apie gamtą išsivystė taip, kad trumpojo nuotolio veiksmo samprata, pasiūlyta 30-aisiais. XIX a., anglų fiziko M. Faradėjaus, buvo suvokiamas tik kaip patogus apibūdinimas.

Situacija iš esmės pasikeitė atradus elektromagnetines bangas, sklindančias baigtiniu – šviesos greičiu. Iš elektromagnetinių bangų teorijos išplaukė, kad bet koks elektromagnetinio lauko pokytis sklinda erdvėje taip pat šviesos greičiu. Remdamiesi 13 paveiksle pateiktu pavyzdžiu, galime teigti, kad jei krūvis Q pradeda judėti tam tikru momentu, tai krūvis q „pajus“ jį veikiančios jėgos pasikeitimą ne tuo pačiu laiko momentu, o po jo. laikas r/s (c yra šviesos greitis), t.y. laikas, reikalingas elektromagnetinė banga perėjo iš krūvio Q į krūvį q.

Baigtinis elektromagnetinių bangų sklidimas lemia tai, kad elektromagnetinės sąveikos aprašymas remiantis ilgojo veikimo samprata tampa nepatogus.

Norėdami tai suprasti, apsvarstykite sekantis pavyzdys. Danguje pasirodė 1054 m ryški žvaigždė, kurios šviesa buvo stebima net dieną kelias savaites. Tada žvaigždė nublanko, o dabar – rajone dangaus sfera, kur buvo žvaigždė, pastebimas silpnai šviečiantis darinys, vadinamas Krabo ūku. Pagal šiuolaikinės idėjos apie žvaigždžių evoliuciją, žvaigždė sprogo, kurio metu jos spinduliavimo galia padidėjo milijardus kartų, po to žvaigždė subyrėjo. Vieta šviesi švytinti žvaigždė susidarė praktiškai nespinduliuojanti neutroninė žvaigždė ir besiplečiantis silpnai švytinčių dujų debesis.

Trumpojo nuotolio veiksmo sampratos požiūriu žvaigždės šviesos stebėjimas yra toks. Žvaigždės krūviai sukūrė lauką, kuris bangos pavidalu pasiekė Žemę ir paveikė stebėtojo akies tinklainėje esančius elektronus. Bangai prireikė šimtų metų, kad pasiektų Žemę. Žmonės stebėjo žvaigždės blyksnį, kai pačios žvaigždės jau nebebuvo. Jei bandysime apibūdinti šį stebėjimą remdamiesi tolimojo veikimo samprata, turime daryti prielaidą, kad akies tinklainėje esantys krūviai sąveikauja ne su žvaigždės krūviais, o su tais, kurie kadaise buvo žvaigždėje. nebeegzistuoja. Atkreipkite dėmesį, kad ugdymo procese neutroninė žvaigždė daugelis krūvių išnyksta, nes neutronai susidaro iš elektronų ir protonų - neutralių dalelių, kurios praktiškai nedalyvauja elektromagnetinė sąveika. Sutikite, kad aprašymas pagrįstas sąveika su tuo, kas kadaise buvo, bet neegzistuoja dabarties akimirka laikas, „nelabai patogu“.

Kita priežastis pripažinti lauką medžiaga yra ta, kad elektromagnetinė banga perduoda energiją ir impulsą erdvėje (daugiau informacijos žr. § 57). Jei laukas nėra laikomas materialiu, reikia pripažinti, kad energija ir impulsas nėra susiję su niekuo materialiu ir patys yra perduodami per erdvę.

1905 m. Alberto Einšteino suformuluota reliatyvumo teorija remiasi postulatu, pagal kurį nėra sąveikų (taip pat ir esminių), kurios sklinda greičiau už šviesą.

Šią pastraipą pradėjome nuo „dvasių materializavimo“. Fizikai yra sąmojingi žmonės, o sąvoka „dvasios“ jau vartojama šiuolaikinė teorija laukus. Galime sakyti, kad šios dvasios dar nėra materializuotos, tai yra, jos nepastebimos patirtyje. Tačiau fundamentaliųjų sričių mokslas dar nėra baigtas.

Fundamentinių laukų pasiskirstymo ribotumas ir jų ryšys su energija ir impulsu (energijos ir impulso perdavimas šiais laukais) lemia šių laukų pripažinimą vienu iš materijos komponentų. Taigi materiją vaizduoja dalelės (substancija) ir pagrindiniai laukai.

• Ką reiškia sąvokos „fundamentalūs laukai“ ir „fundamentalioji sąveika“?
• Pateikite sričių, kurios nėra esminės, pavyzdžius.
• Pagalvokite apie neesmines sąveikas ir pateikite jų pavyzdžių.