Primeri področij fizike. Moskovska državna univerza za tiskarsko umetnost

Fizično polje- To posebno obliko snov, ki obstaja na vsaki točki v prostoru in se manifestira tako, da vpliva na snov, ki ima lastnost, ki je sorodna tisti, ki je to polje ustvarila. Glavna razlika je gladkost.

telo + polje naboja telo + naboj

Lastnosti fizičnih polj

Obstaja temeljna razlika v obnašanju snovi in ​​polja. Snov ima vedno ostro mejo prostornine, ki jo zaseda, polje pa načeloma ne more imeti ostre meje, od točke do točke se gladko spreminja.

Na eni točki v prostoru lahko obstaja neskončno število fizična polja, ki ne vplivajo drug na drugega.

Polje in materija lahko medsebojno vplivata druga na drugo.

Matematična klasifikacija polja

Elektromagnetno polje- to je posebna oblika snovi, za katero je značilna vrednost vektorjev E in H na vsaki točki v prostoru.

Polja delimo na: skalarna, vektorska, tenzorska.

Skalarna polja je določena skalarna funkcija z definirano domeno, ki je zvezno porazdeljena na vsaki točki v prostoru.

Skalarno polje je označeno z nivojsko površino, ki je podana z enačbo:

(1.1)

Vektorsko polje je zvezna vektorska količina z definirano domeno, določeno na vsaki točki v prostoru.

O Glavna značilnost tega polja je vektorska linija. To je črta, v vsaki točki katere je vektor polja usmerjen tangencialno.

Fizični posnetek daljnovodov:

(1.2)

Tenzorsko polje je zvezna tenzorska količina, porazdeljena v prostoru.

tenzor
(1.3)

Diferencialne značilnosti fizikalnih polj

Gradient je vektorska karakteristika skalarnega polja. Gradient skalarne funkcije je vektor, ki je številčno enak odvodu te funkcije v smeri normale na ravno površino in je usmerjen vzdolž te normale.

(1.4)

Lastnosti gradienta:

gradient je številčno enak največja hitrost funkcijske spremembe.

D upodabljanje:

(1.5)

smer gradienta sovpada s smerjo najhitrejše spremembe funkcije.

(1.6)

Razhajanje je skalarna karakteristika vektorskega polja. Divergenca vektorskega polja je meja razmerja pretoka skozi zaprto površino S na prostornino, ki jo vsebuje ta površina.

(1.7)

- določen pretok

(1.8)

D Ivergenca označuje prisotnost ali odsotnost virov na neki točki v polju (kjer se polje začne ali konča).

Če na kateri koli točki
, potem je na tej točki izvor polja, tj. njegov začetek in kraj, kjer se polje konča
, in to točko imenujemo odtok. Na točki, kjer ni virov
.

parametre svojega gibanja (hitrost, gibalna količina, vrtilna količina), spreminjajo svojo energijo, opravljajo delo itd. In to je bilo na splošno jasno in razumljivo. Vendar pa je s preučevanjem narave elektrike in magnetizma prišlo do razumevanja, ki medsebojno delujeta električni naboji lahko brez neposrednega stika. V tem primeru se zdi, da se premikamo od koncepta delovanja kratkega dosega k brezkontaktnemu delovanju dolgega dosega. To je vodilo do koncepta polja.

Formalna definicija tega koncepta je: fizično polje je posebna oblika snovi, ki povezuje delce (predmete) snovi v enotne sisteme in prenaša hitrost terminala delovanje enega delca na drugega. Res je, kot smo že omenili, takšne definicije so preveč splošne in ne določajo vedno globokega in konkretnega praktičnega bistva pojma. Fiziki so s težavo opustili idejo o fizični kontaktni interakciji teles in so jo začeli razlagati razni pojavi modeli, kot sta električna in magnetna "tekočina", so uporabili idejo mehanske vibracije delci medija - modeli etra, optičnih tekočin, kalorij, flogistona v toplotnih pojavih, ki jih opisujejo tudi z mehanska točka vizijo in celo biologi so predstavili " vitalnost» pojasniti procese v živih organizmih. Vse to ni nič drugega kot poskus opisovanja prenosa dejanja skozi materialni (»mehanski«) medij.

Vendar pa je delo Faradaya (eksperimentalno), Maxwella (teoretično) in mnogih drugih znanstvenikov pokazalo, da obstajajo električni magnetna polja(tudi v vakuumu) in so tisti, ki prenašajo elektromagnetne vibracije. Izkazalo se je, da vidna svetloba Ta ista elektromagnetna nihanja obstajajo v določenem območju frekvenc nihanja. Ugotovljeno je bilo, da se elektromagnetni valovi na vibracijski lestvici delijo na več vrst: radijski valovi (10 3 - 10 -4), svetlobni valovi(10 -4 - 10 -9 m), IR (5 × 10 -4 - 8 × 10 -7 m), UV (4 × 10 -7 - 10 -9 m), rentgensko sevanje(2 × 10 -9 - 6 × 10 -12 m), γ-sevanje (< 6 ×10 -12 м).

Menijo, da gravitacijsko in električno polje delujeta neodvisno in lahko soobstajata na kateri koli točki v vesolju hkrati, ne da bi vplivala drug na drugega. Skupno silo, ki deluje na testni delec z nabojem q in maso m, lahko izrazimo z vektorsko vsoto in . Vektorjev nima smisla seštevati, saj so različne velikosti. Uvod v koncepte klasične elektrodinamike elektromagnetno polje s prenosom interakcije in energije s širjenjem valov skozi prostor, omogočila odmik od mehanskega prikaza etra. V starem pogledu je bil koncept etra kot določenega medija, ki pojasnjuje prenos kontaktnega delovanja sil, eksperimentalno ovržen z Michelsonovimi poskusi merjenja hitrosti svetlobe in predvsem z Einsteinovo teorijo relativnosti. Izkazalo se je, da je mogoče opisati skozi polja fizične interakcije, za katerega velja generalka za različne vrste polja značilnosti, o katerih smo govorili tukaj. Res je, treba je opozoriti, da zdaj zamisel o etru delno oživljajo nekateri znanstveniki na podlagi koncepta fizičnega vakuuma.

Tako se je po mehanski sliki oblikovala nova elektromagnetna slika sveta. Lahko se šteje za vmesno glede na sodobno naravoslovje. Opozorimo na nekatere splošne značilnosti to paradigmo. Ker ne vključuje samo idej o poljih, ampak tudi nove podatke o elektronih, fotonih, jedrski model atom, vzorci kemijska struktura snovi in ​​razporeditev elementov v periodni sistem Mendelejeva in vrsto drugih rezultatov na poti spoznavanja narave, potem pa je ta koncept seveda vključeval tudi ideje kvantne mehanike in relativnostne teorije, o kateri bomo še govorili.

Glavna stvar v tej predstavitvi je sposobnost opisovanja veliko število pojavi, ki temeljijo na konceptu polja. Ugotovljeno je bilo, v nasprotju z mehansko sliko, da materija ne obstaja le v obliki snovi, ampak tudi polja. Temelji na elektromagnetni interakciji valovne predstavitve precej samozavestno opisuje ne le električna in magnetna polja, ampak tudi optična, kemična, toplotna in mehanski pojavi. Metodologijo poljske reprezentacije snovi lahko uporabimo tudi za razumevanje polj drugačne narave. Poskušali so se povezati korpuskularne narave mikroobjekti z valovna narava procesov. Ugotovljeno je bilo, da je »nosilec« interakcije elektromagnetnega polja foton, ki se že drži zakonov kvantne mehanike. Graviton se poskuša najti kot nosilec gravitacijskega polja.

Kljub velikemu napredku v razumevanju sveta okoli nas pa elektromagnetna slika ni brez pomanjkljivosti. Tako ne upošteva verjetnostnih pristopov; v bistvu verjetnostni vzorci niso priznani kot temeljni; Newtonov deterministični pristop k opisu posamezne delce in stroge nedvoumnosti vzročno-posledičnih razmerij (ki ji zdaj oporeka sinergetika), jedrske interakcije in njihova polja ne pojasnjujejo le elektromagnetne interakcije med nabitimi delci. Na splošno je to stanje razumljivo in razložljivo, saj vsak vpogled v naravo stvari poglablja naše razumevanje in zahteva ustvarjanje novih ustreznih fizičnih modelov.

Kjer je G gravitacijska konstanta in je razdalja med tem telesom in telesom z indeksom j.
Če izločimo maso izbranega telesa v tem izrazu, lahko zapišemo

Kje je velikost

Ni odvisno od značilnosti (mase) preučevanega telesa.
Vektorsko polje,

Kje je vektorsko polje, ki se imenuje električna poljska jakost in je enako

.

V tem primeru je interakcijska sila zapisana tudi kot produkt značilnosti proučevanega telesa (naboj), vse informacije o drugih nabojih pa se zmanjšajo na uvedbo enega samega vektorska količina– električna poljska jakost.
Podane definicije polj temeljijo na principu delovanja na velike razdalje in veljajo samo za klasična fizika. Če se delci, ki določajo polje, premikajo, potem bo v okviru klasične fizike delec, ki ga proučujemo, takoj občutil spremembo svojega položaja.
Vendar pa se pri uporabi načela delovanja kratkega dosega, ki velja v okviru relativnostne teorije, informacije o gibanju teles ne prenašajo takoj in potrebujejo posrednika, zato koncept polja dobi pomen ločenega polja. entiteta, katere gibanje v prostoru zahteva ločene enačbe za opis.
Torej, ob upoštevanju interakcije kratkega dosega, je ponovno zapisana sila, ki deluje na naboj

Vendar se električna poljska jakost ugotovi iz Maxwellovih enačb. Zgornjemu izrazu je enak le v primeru stacionarna polnjenja.
Podrobne informacije o tej temi najdete v članku Zamik.

eden glavnih koncepti fizike, ki so nastali v 2. pol. 17. stoletje [čeprav izraz "P.f." je bil v fiziko uveden veliko pozneje kot Angleži. fizik J.C. Maxwell; pri matematiki videz; izraz "field" je povezan z delom angl. matematik W. R. Hamilton "O kvaternionih" (W. R. Hamilton, Lectures on quarternions, Dublin, 1853)]. Od takrat je koncept P. f. večkrat spremenila svoj pomen, vendar ohranila na vseh stopnjah te spremembe tesna povezava s konceptom prostora, izraženim v uporabi koncepta P. f. prostorsko označiti kontinuirana distribucija fizično količine Moderne predstave fiziki o P. f. odvijajo po dveh bistveno različnih linijah – klasični in kvantni. Klasična linija razvoj koncepta P. f. Ta linija se začne z Newtonovo vzpostavitvijo zakona univerzalne gravitacije (1687), ki je omogočil izračun Pf. gravitacijske sile. Nadaljuje se v hidrodinamiki. dela Eulerja (50. leta 18. stoletja), ki je obravnaval porazdelitev hitrosti v prostoru, napolnjenem z gibajočo se idealno tekočino (hitrostno polje). Največje zasluge pri razvoju koncepta P. f. pripadajo angleščini fizik M. Faraday (30. leta 19. stoletja), ki je podrobno razvil koncept električni vodi P. f. Klasična linija razvoja koncepta P. f. razveja na dvoje. Glavna veja je povezana s študijem P. f. električni in magnetne sile(Coulombov zakon, 1785), ki so sprva veljali za neodvisne, a zahvaljujoč delu datumov. fizike H. Oersted (1821), franc. fizikov A. Ampere (1826) in Faraday (1831), so ju začeli obravnavati skupaj – kot sestavine enotne elektromagnetne fizike. V tem obdobju se je pomen koncepta P. f. odvisno od predstav o naravi delovanja sil. V konceptu delovanja na velike razdalje, ki sega v čas Newtona, je koncept P. f. predvajan pom. služil le kot skrajšana oznaka za območje praznega prostora, v katerem se lahko manifestirajo sile velikega dosega. Ob poznavanju potenciala fizične funkcije je bilo mogoče na vsaki točki v prostoru izračunati silo, ki deluje na telo, ki je tam nameščeno, ne da bi se zatekli k zakonu medsebojnega delovanja teles. Nosilci fizičnih lastnosti. realnosti (masa, energija, gibalna količina, naboj, sila) so bila v tem pojmu telesa, ki medsebojno delujejo na daljavo brez pomoči k.-l. posredniški agenti. V odsotnosti vsaj enega od medsebojno delujočih teles ni bilo sil, tj. P. f. ni imel samostojnosti. obstoj. V konceptu delovanja kratkega dosega, ki izvira iz Descartesa, je bila interakcija izvedena s spreminjanjem stanja vmesnega medija - etra, ki je zapolnil ves prostor. Nosilci energije v tem konceptu niso bile samo interakcije. telesa, ampak tudi eter, ki jih obdaja, tako da bi lahko poleg polja moči govorili tudi o energijskem polju. Ob tem, kot v strojništvu. teorije, ki so razložile nastanek mehanskih sil. gibanju in prožni napetosti etra ter v čist elektromagnetne teorije, pri čemer eter ostane negiben in nedeformabilen, P. f. je bila še vedno prikrajšana za samostojnost. obstoj. Ker je značilnost sprememb v stanju etra - snovi, ki je imela primarno realnost, je P. f. imel ontološko status njegovega atributa, tj. imela le sekundarno resničnost. To spremembo so povzročili diskretni viri P. f. – tokovi in ​​naboji, tako da je P. f., neločljivo povezan z njimi, v P. f. brez vira. eter ni obstajal. Naslednji korak v razvoju klasike. koncepti P. f. povezana z dosežki teorije proste dinamike. elektromagnetni P. f. (elektromagnetno valovanje, katerega poseben primer je svetloba), ki lahko, ko je enkrat ustvarjeno, obstaja ne glede na vire, ki so ga ustvarili (Maxwell, 1864; Hertz, 1888). Zahvaljujoč temu je postalo mogoče pripisati P. f. utrip. Ker pa je eter še naprej služil kot materialni nosilec dinamičnega. P.f., slednji je bila še vedno odvzeta samostojnost. obstoj, zato je impulz P. f. (kot tudi njegova energija) pravzaprav ni bila značilnost P. f., temveč etra. Posledično izraza "energija polja" ne bi smeli razumeti v njegovem dobesednem pomenu, temveč kot "polje energije". Klasična teorija elektromagnetnega Pf. je dopolnilo delo A. Einsteina o special. relativnostna teorija (1905). Odvzem etru funkcije abs. referenčni sistem je ustvaril možnost pripisovanja P. f. samozadostna obstoj. Čeprav te odločitve ni narekovala nuja, jo je večina fizikov vendarle sprejela. S preobrazbo iz stanja materialne snovi (eter) v samostojno. materialna snov, elektromagnetna P. f. s snovjo deli funkcije nosilca energije, gibalne količine in mase. Energija in zagon sta še naprej značilnosti gibanja. [Včasih se status materialne snovi ne pripisuje P. f., ampak energiji. Tako se gibanje (energija) (glej F. Engels, Dialektika narave, 1964, str. 45, 78, 168) iz atributa spremeni v substanco. V tem primeru P. f. še vedno nima samostojnosti. obstaja, ampak služi kot značilnost neprekinjene porazdelitve energije v prostoru, zaradi česar je bolj pravilen izraz "polje energije" kot "energija polja". Smer, ki energiji pripisuje status snovi, se včasih istoveti z energetizmom).] Druga veja klasičnega. smeri razvoja koncepta P. f. povezana z napredkom na področju teoretičnega raziskave P. f. gravitacijske sile (gravitacijska fizika). Začenši z Newtonom in vse do Einsteinovega dela naprej splošna teorija relativnosti (10. leta 20. stoletja) je bila gravitacija interpretirana na podlagi ideje o silah velikega dosega in je ni bilo mogoče vključiti v okvir koncepta delovanja na kratke dosege. Na podlagi dejstva o enakosti vztrajnostne in težke mase je Einstein oblikoval relativistično teorijo gravitacije. P. f., ki vključuje tako gravitacijsko P. f. Z isto količino opisujemo lastnosti prostora. To nam omogoča, da naredimo nov korak v razvoju koncepta P. f. v primerjavi z doseženim v klasični relativistična teorija elektromagnetizma. Specialist. Teorija relativnosti je prva razkrila temeljno vlogo elektromagnetne fizike. pri ugotavljanju metričnih značilnosti prostora in časa, ki sta, kot se je izkazalo, odvisna od hitrosti svetlobe. Toda v njem je prostorsko-časovni kontinuum še vedno ostal samostojen element fizično resničnost, ki služi le kot arena za interakcijo P. f. in snovi. Lahko bi jo šteli za nekaj absolutnega, ker P. f. in materija je obstajala v prostoru-času. V splošni teoriji relativnosti se prostorsko-časovni vidik realnosti v celoti izraža z gravitacijo. Pf, odvisno od štirih koordinatnih parametrov (treh prostorskih in enega časovnega). "...To je lastnost tega polja. Če si predstavljamo, da je polje odstranjeno, potem ne bo več "prostora", saj prostor nima neodvisnega obstoja" (Einstein?., Bistvo teorije relativnosti. , M., 1955, str. Enako lahko očitno rečemo o času. Dobavljivost v klasiki fizika dveh vrst fizik. resničnost, radikalno drugačna v svojih prostorska struktura(P.f. in snovi), pa tudi dva kvalitativno različne vrste P. f. (elektromagnetni in gravitacijski) je povzročil številne. poskuša zgraditi dosledno enotna teorija P. f., pri čemer gravitacija in elektromagnetizem na eni strani ne bi smela biti logično ločeni vrsti P. f., temveč različne vidike ena, enojna P. f.; po drugi strani pa je treba delce snovi v njej razlagati kot posebne predele Pf., tako da Pf. in njeni viri, razlagani kot singularne točke(singularnosti) Pf., obstajale bi enotnosti. sredstva za opis fizičnega resničnost. Vendar pa pomanjkanje uspeha v poznejših in bo prepričal. izvedba takega programa je do njega vzbudila močan skepticizem, tako da trenutno. Takrat nima veliko podpornikov. Kvantna linija razvoja koncepta P. f. Ta linija se nadaljuje do danes. čas, je nastal v povezavi s potrebo po interpretaciji rezultatov poskusov, ki so preučevali fotoelektrični učinek. Do del L. de Broglie (1924) se je ideja o svetlobi kot toku prostorsko diskretnih delcev (fotonov), ki jo je leta 1905 uvedel Einstein za razlago teh poskusov, zdela nezdružljiva s klasično. ideja svetlobe kot prostorsko neprekinjene fizične funkcije. De Broglie je predlagal, da ima vsak delec (in ne samo foton) z njim povezano valovno funkcijo. Dualizem delcev in valov je postal bistvena značilnost nerelativizma kvantna mehanika. Vendar ?-polje v njem ni tako neposredno ontologizirano kot pri de Broglieju in idejah E. Schrödingerja (1926, 1952) in D. Bohma (1952), ki sta razvijala njegove ideje. Glede na Kopenhagenska interpretacija kvantna mehanika, ki se deli v sedanjosti. čas je velika večina znanstvenikov ?-polje tako imenovano. Verjetnostno polje (glej Mikrodelci). V relativističnem kvantna teorija v moderni stopnja njenega razvoja, kvantna teorija valovnih funkcij. je edini. način opisovanja osnovnih delcev in njihovih interakcij. V njegovem okviru je koncept P. f. prestane nadaljnji razvoj. Zahvaljujoč valovnih lastnostim katerega koli elementarnega delca in kvantnim (korpuskularnim) lastnostim vseh P. f., vsak P. f. (v prejšnjem, klasičnem pomenu) je hkrati skupek delcev, vsak niz delcev (v prejšnjem, klasičnem pomenu) pa predstavlja funkcionalno funkcijo. Tako relativistična kvantna teorija naprej novo osnovo se vrne k ontologizaciji dualizma val-delec, pri čemer obravnava Schrödingerjevo?-polje kot klasično P. f. snov (glej E. Henley in W. Thirring, Elementary quantum field theory, M., 1963, str. 19). Pomenljivo je, da ontološko. enakost delcev in P. f. poteka le ob upoštevanju t.i v i r t u a l p a k t i . Če upoštevamo samo prave delce, potem P. f. se izkaže za ontološko bolj pomembno, ker ima vakuumsko stanje, v katerem ni pravih delcev (je pa nedoločen spremenljiva količina virtualni delci, katerega obstoj se kaže v nihanju vakuumskega stanja Pf.). Pogosto se delajo razlike med P. f. delci-viri interakcij in P. f. delci prehajajo v interakcije. To je posledica interpretacije interakcije med izvornimi delci kot izmenjave virtualnih kvantov Pf, ki služi kot nosilec interakcije. Z zadostno intenzivnostjo interakcije (merilo intenzivnosti je energija) se lahko virtualni kvanti spremenijo v realne, kar povzroči obstoj t.i. brezplačno P. f. Proste funkcionalne funkcije, ki opisujejo stanje delcev pred in po interakciji, niso opazljive, ker je opazovanje v kvantni mehaniki neločljivo od interakcije. Zadnji, z vidika. kvantna teorija P. f., ni nič drugega kot transformacija ene definicije. stanje P. f. (zbirka delcev) v drugo. Interakcija P. f. običajno razlagajo na podlagi koncepta absorpcije in emisije delcev. Ti delci so lahko resnični ali virtualni. Pri virtualnih delcih energija in gibalna količina spoštujeta ohranitvene zakone le do negotovosti razmerja, torej na majhnih razdaljah zelo veliko število virtualni delci. To vodi k dejstvu, da ob prisotnosti interakcij zgoraj omenjeno preprosta povezava med delci in P. f. Medsebojno delujoči delci (pa tudi en pravi delec, ki v odsotnosti drugih interagira z vakuumom, pa tudi z lastnim PF, katerega izvor je sam) so obdani z oblakom virtualnih delcev. Strogo gledano enega dela ni več mogoče primerjati s pravim delcem. P. f. dr. v besedi njena podoba v eni ali drugi meri vključuje P. f. vsi ostali osnovni delci. Osnovno težave sodobnega časa kvantna teorija P. f. leži v pomanjkanju metod za natančno reševanje enačb medsebojno delujočih funkcionalnih funkcij. IN kvantna elektrodinamika(teorije interakcije med elektromagnetnimi in elektron-pozitronskimi funkcijami), je približno rešitev tovrstnih enačb olajšana z majhnostjo interakcijske sile, kar omogoča uporabo poenostavljenega modela interakcije (teorija motenj). V teoriji močne interakcije, kjer je kvantna teorija P. f. je samo diagram; en sam problem je bil še strogo rešen brez predpostavke, da je interakcija majhna. Potreba po privabljanju vseh P. f. (vključno z gravitacijskimi, za katere velja tudi kvantni pristop) za natančen opis interakcij osnovnih delcev je vzbudila željo po izgradnji enotne kvantne teorije. Pf ne bi vzel iz izkušenj celotnega spektra mas in vrtljajev osnovnih delcev, ampak bi ga prejel samodejno. Najbolj znan poskus v tej smeri pripada Heisenbergu (teorija ene same nelinearne spiporne fizike - "prvobitne snovi"), ki pa še ni prinesel oprijemljivih fizičnih rezultatov. rezultate. Omenjene težave kvantne teorije Pf. rodila ideja o zamenjavi poskusov reševanja enačb za operatorje P. f. konstrukcijo takega sistema enačb, ki bi se opiral le na splošne lastnosti sipalne matrike (S-matrike), ki neposredno povezuje stanje proste funkcionalne funkcije. pred in po interakciji in se ne pretvarja, da je podroben prostorsko-časovni opis interakcijskih procesov. Na tej poti v sedanjost. Takrat so nekateri znanstveniki postavili radikalne zahteve po popolni opustitvi uporabe koncepta Pf. To je narejeno na podlagi predpostavke, da koncept prostorsko-časovnega kontinuuma nima fizičnega pomena. pomen v sodobnem mikrofizike in njen status je podoben konceptu etra v fiziki 19. stoletja. (glej G. F. Chew, The dubious role of space-time continuum in microscopic physics, v reviji: "Science Progress", 1963, v. 51, št. 204, str. 529). Hkrati pa zavračanje uporabe prostorsko-časovnih konceptov (in s tem ideje o fizičnih funkcijah) v mikrofiziki seveda nikakor ne pomeni zavračanja njihove uporabe v makrofiziki (glej tudi E. I. Zimmerman, The macroscopio narava prostora-časa, v reviji: "American Journal of Physics", 1962, v. 97). Vendar večina znanstvenikov še vedno meni, da je treba uporabiti koncept P. f. (in s tem seveda prostorsko-časovno predstavo) kot ontološko. osnova za opis interakcije osnovnih delcev. Na tej poti v teoriji P. f. se pojavi zlasti zanimiva ideja o obstoju v naravi ti. kompenzirajočih P.f., od katerih je vsak odgovoren za ohranitev enega ali drugega temeljnega fizičnega. količine med interakcijami. Kompleksno metodološko problemov, ki nastajajo v povezavi s sodob ideje o P. f., izjemno večplastne. Vključuje problem interpretacije zelo abstraktne matematike. sodobna naprava teorija P. f. (sem sodi zlasti vprašanje ontološkega statusa virtualnih delcev) in problem metod za opis interakcije (hamiltonov formalizem ali S-matrika?). Zadnji problem je podoben stara težava izrazi gibanja v logiki pojmov, fiksirani v aporiji Zenona iz Eleje: kako opisati interakcijo - skozi njene rezultate (S-matrika) ali skozi njen prostorsko-časovni potek (Hamiltonov formalizem). Sem spada tudi problem ustreznosti opisa interakcije na podlagi odv. ideje o P. f. in o njegovem izvoru, ki ga je postavil Pauli že v 30. letih. Razprave o vseh teh in številnih drugih metodoloških vprašanjih. problemi teorije P. f. potekajo in so še daleč od zaključka. Lit.: Maxwell D.K., Izbr. op. o teoriji elektromagnetnega polja, prev. [iz angleščine], M., 1954; Einstein?., Infeld L., Evolucija fizike, prev. iz angleščine, 2. izd., M., 1956; Ovčinnikov?. ?., Koncept mase in energije v njunem zgodovinskem. razvoj in filozofija pomen, M., 1957, str. 177; Markovi. ?., Hiperoni in K-mezoni, M., 1958; njega, o modernega. oblika atomizma, "VF", 1960, št. 3, 4; Steinman R. Ya., Prostor in čas, M., 1962, str. 68, 143; Kuznetsov B.G., Razvoj fizike. ideje od Galileja do Einsteina v luči sodobnega časa. Sciences, M., 1963, pogl. 2, 3, 4; Whittaker?., Zgodovina teorije o etru in elektriki. Klasične teorije, L.–, 1951.

Materializacija duhov in distribucija slonov.
Vstopnice od 50 k.
I. Ilf, E Petrov

Kaj so temeljne interakcije in temeljna polja? Zakaj lahko temeljna polja štejemo za eno od sestavin materije?

Lekcija-predavanje

O tem, kaj je področje posebna vrsta snov, je mogoče prebrati v številnih učbenikih fizike in celo v enciklopedični slovar. Toda razlag za to izjavo ni vedno mogoče najti. Zato pomen povedanega pogosto ostaja nejasen. Poskusimo to ugotoviti in »materializirati polje«. Upoštevajte, da zgornja izjava ne velja za nobeno polje, ampak samo za temeljna. Kaj so temeljna polja?

Temeljne interakcije in temeljna polja. Med študijem fizike ste se seznanili z z različnimi silami- elastična sila, sila trenja, sila teže. Vsaka od teh sil označuje določeno interakcijo med telesi. Kot veste, je razvoj znanosti pokazal, da so vsa makroskopska telesa sestavljena iz atomov in molekul (natančneje jeder in elektronov). Iz atomsko-molekularnega modela izhaja, da lahko nekatere interakcije med makroskopskimi telesi predstavljamo kot rezultat interakcije med atomi in molekulami ali, ko se poglobimo v zgradbo snovi, kot rezultat interakcije med jedri in elektroni, ki sestavljajo makroskopska telesa.

Zlasti sile, kot sta elastična sila in sila trenja, so posledica sil, ki delujejo med elektroni in jedri. Ampak gravitacijske interakcije in elektromagnetnih interakcij ni bilo mogoče reducirati na neke druge interakcije, čeprav so bili takšni poskusi.

Koncept se je začel uporabljati za karakterizacijo interakcij, ki jih ni mogoče zmanjšati na druge interakcije temeljni, kar pomeni "bistveno".

Kot je bilo razloženo v prejšnjem odstavku, lahko temeljne gravitacijske in elektromagnetne interakcije obravnavamo na podlagi interakcije s poljem. Polja, ki ustrezajo temeljnim interakcijam, so se začela imenovati temeljna polja.

Temeljne interakcije so gravitacijske in elektromagnetne interakcije.

Razvoj znanosti je pokazal, da gravitacijske in elektromagnetne interakcije niso edine temeljne interakcije. Trenutno so odkrite štiri temeljne interakcije. O drugih dveh temeljne interakcije se učimo s preučevanjem mikrosveta.

Elektromagnetno in gravitacijsko polje sta temeljni polji, ki ju ni mogoče reducirati na gibanje kakršnih koli delcev.

Dolgega in kratkega dosega. Vemo že, da lahko interakcijo med delci (nabitimi in nenabitimi) opišemo s polji, ni pa nam treba uvesti pojma polja. Koncept, po katerem je interakcija med delci opisana neposredno, brez uvedbe pojma polja, se imenuje koncept delovanja na velike razdalje. Ime pomeni, da delci medsebojno delujejo na velikih razdaljah. Nasprotno, drugi koncept, po katerem se interakcija izvaja skozi polje (gravitacijsko in elektromagnetno), se imenuje koncept bližnjega delovanja. Pomen koncepta interakcije kratkega dosega je, da delec interagira s poljem, ki obstaja blizu njega, čeprav lahko to polje samo ustvarijo delci, ki se nahajajo zelo daleč (slika 13).

riž. 13. Prikaz interakcije na podlagi koncepta delovanja na velike razdalje (a) in koncepta delovanja na kratke razdalje (b. c)

V prvem primeru (glej sliko 13, a) na naboj q deluje sila F iz naboja Q, ki se nahaja na razdalji r. V drugem primeru naboj Q ustvarja polje E(x, y, z) v prostoru okoli sebe. Zlasti na točki s koordinatami x 0, y 0, z 0, kjer se nahaja naboj q, se ustvari polje E(x 0, y 0, z 0) (glej sliko 13, b). To polje in ne naboj Q neposredno vpliva na naboj q (glej sliko 13, c).

Zgodovinsko gledano se je znanje o naravi razvilo tako, da je koncept delovanja kratkega dosega, predlagan v 30. XIX stoletja, angleški fizik M. Faraday, je bil dojet le kot priročen opis.

Razmere so se temeljito spremenile po odkritju elektromagnetnega valovanja, ki se širi s končno hitrostjo – s svetlobno hitrostjo. Iz teorije elektromagnetnega valovanja je izhajalo, da se vsaka sprememba elektromagnetnega polja širi po prostoru tudi s svetlobno hitrostjo. Če se obrnemo na primer na sliki 13, lahko rečemo, da če se naboj Q začne premikati v nekem trenutku, bo naboj q "občutil" spremembo sile, ki deluje nanj, ne v istem trenutku, ampak po čas r/s (c je svetlobna hitrost), tj. čas, potreben za elektromagnetno valovanje prešel z naboja Q na naboj q.

Končna narava širjenja elektromagnetnih valov vodi v dejstvo, da opis elektromagnetne interakcije, ki temelji na konceptu delovanja na velike razdalje, postane neprijeten.

Da bi to razumeli, razmislite naslednji primer. Leta 1054 se je pojavil na nebu svetla zvezda, katerega svetlobo so več tednov opazovali celo podnevi. Potem je zvezda zbledela, zdaj pa na območju nebesna krogla, kjer se je nahajala zvezda, opazimo rahlo svetlečo tvorbo, ki se imenuje rakova meglica. Glede na sodobne ideje o razvoju zvezd je zabliskala zvezda, pri čemer se je njena moč sevanja povečala milijardkrat, nakar je zvezda razpadla. Mesto je svetlo žareča zvezda nastala sta tako rekoč neizsevalna nevtronska zvezda in širijoč se oblak rahlo svetlečega plina.

Z vidika koncepta delovanja kratkega dosega se opazovanje svetlobe zvezde skrči na naslednje. Naboji na zvezdi so ustvarili polje, ki je v obliki valovanja doseglo Zemljo in vplivalo na elektrone v mrežnici očesa opazovalca. Val je potreboval na stotine let, da je dosegel Zemljo. Ljudje so opazovali utrip zvezde, ko same zvezde ni bilo več. Če poskušamo to opazovanje opisati na podlagi koncepta delovanja na velike razdalje, moramo domnevati, da naboji v mrežnici očesa ne delujejo z naboji zvezde, temveč s tistimi, ki so bili nekoč na zvezdi, kar ne obstaja več. Upoštevajte, da v procesu izobraževanja nevtronska zvezda veliko nabojev izgine, saj nevtroni nastanejo iz elektronov in protonov - nevtralnih delcev, ki praktično ne sodelujejo elektromagnetna interakcija. Strinjam se, da je opis, ki temelji na interakciji s tem, kar je nekoč bilo, vendar ne obstaja v sedanji trenutekčas, "ni zelo primeren."

Drug razlog, da polje prepoznamo kot snov, je dejstvo, da elektromagnetno valovanje prenaša energijo in gibalno količino skozi prostor (za več podrobnosti glej § 57). Če se polje ne šteje za materialno, potem je treba priznati, da energija in zagon nista povezana z ničemer materialnim in se sama prenašata skozi prostor.

Teorija relativnosti, ki jo je leta 1905 oblikoval Albert Einstein, temelji na postulatu, po katerem ni interakcij (vključno s temeljnimi), ki bi se širile hitreje od svetlobe.

Ta odstavek smo začeli z »materializacijo duhov«. Fiziki so duhoviti ljudje in koncept "žganih pijač" se že uporablja v sodobna teorija polja. Lahko rečemo, da ti duhovi še niso materializirani, torej niso bili izkustveno opaženi. Toda znanost o temeljnih področjih še ni dokončana.

Končnost porazdelitve osnovnih polj in njihova povezava z energijo in gibalno količino (prenos energije in gibalne količine s temi polji) privede do tega, da so ta polja prepoznana kot ena od sestavin materije. Snov tako predstavljajo delci (snov) in temeljna polja.

• Kaj pomenita pojma »temeljna polja« in »temeljne interakcije«?
• Navedite primere področij, ki niso temeljna.
• Razmislite in navedite primere neosnovnih interakcij.