Shembuj të fushave të fizikës. Universiteti Shtetëror i Arteve të Shtypjes në Moskë

Fusha fizike- Kjo formë të veçantë materie që ekziston në çdo pikë të hapësirës dhe manifestohet duke ndikuar në një substancë që ka një veti të lidhur me atë që krijoi këtë fushë. Dallimi kryesor është butësia.

trup + fushë ngarkese trup + ngarkesë

Vetitë e fushave fizike

Ekziston një ndryshim thelbësor në sjelljen e materies dhe fushës. Materia ka gjithmonë një kufi të mprehtë të vëllimit që zë, por fusha në parim nuk mund të ketë një kufi të mprehtë ajo ndryshon pa probleme nga pika në pikë.

Në një pikë në hapësirë ​​mund të ekzistojë numër i pafund fusha fizike që nuk ndikojnë njëra-tjetrën.

Fusha dhe lënda mund të ndikojnë reciprokisht në njëra-tjetrën.

Klasifikimi matematik fusha

Fusha elektromagnetike- kjo është një formë e veçantë e materies, e karakterizuar nga vlera e vektorëve E dhe H në çdo pikë të hapësirës.

Fushat ndahen në: skalar, vektor, tensor.

Fushat skalareështë një funksion i caktuar skalar me një domen përcaktimi të shpërndarë vazhdimisht në çdo pikë të hapësirës.

Fusha skalare karakterizohet nga sipërfaqja e nivelit, e cila jepet nga ekuacioni:

(1.1)

Fusha vektorialeështë një sasi vektoriale e vazhdueshme me një fushë përcaktimi të specifikuar në çdo pikë të hapësirës.

RRETH Karakteristika kryesore e kësaj fushe është një vijë vektoriale. Kjo është një vijë në secilën pikë të së cilës vektori i fushës drejtohet në mënyrë tangjenciale.

Regjistrimi fizik i linjave të energjisë:

(1.2)

Fusha tensoreështë një madhësi tensore e vazhdueshme e shpërndarë në hapësirë.

tensor
(1.3)

Karakteristikat diferenciale të fushave fizike

Gradientështë një karakteristikë vektoriale e një fushe skalare. Gradienti i një funksioni skalar është një vektor që numerikisht është i barabartë me derivatin e këtij funksioni në drejtim të normales në sipërfaqen e nivelit dhe i drejtuar përgjatë kësaj normale.

(1.4)

Karakteristikat e gradientit:

gradienti është numerikisht i barabartë shpejtësi maksimale ndryshimet e funksionit.

D duke dhënë:

(1.5)

drejtimi i gradientit përkon me drejtimin e ndryshimit më të shpejtë të funksionit.

(1.6)

Divergjencaështë një karakteristikë skalare e një fushe vektoriale. Divergjenca e fushës vektoriale është kufiri i raportit të fluksit nëpër një sipërfaqe të mbyllur S në vëllimin që përmban kjo sipërfaqe.

(1.7)

- një rrjedhë e caktuar

(1.8)

D Ivergjenca karakterizon praninë ose mungesën e burimeve në një pikë të fushës (ku fillon ose mbaron fusha).

Nëse në ndonjë moment
, atëherë në këtë pikë është burimi i fushës, pra fillimi i saj dhe ku përfundon fusha
, dhe kjo pikë quhet kullim. Në një pikë ku nuk ka burime
.

parametrat e lëvizjes së tyre (shpejtësia, momenti, momenti këndor), ndryshojnë energjinë e tyre, kryejnë punë etj. Dhe kjo, në përgjithësi, ishte e qartë dhe e kuptueshme. Sidoqoftë, me studimin e natyrës së elektricitetit dhe magnetizmit, lindi një mirëkuptim që ndërveprojnë me njëri-tjetrin ngarkesat elektrike mundet pa kontakt të drejtpërdrejtë. Në këtë rast, duket se po kalojmë nga koncepti i veprimit me rreze të shkurtër në veprim me rreze të gjatë pa kontakt. Kjo çoi në konceptin e fushës.

Përkufizimi zyrtar i këtij koncepti është: fushë fizikeështë një formë e veçantë e materies që lidh grimcat (objektet) e materies në sisteme të unifikuara dhe transmeton shpejtësia e terminalit veprimi i një grimce mbi një tjetër. Vërtetë, siç e kemi vërejtur tashmë, përkufizime të tilla janë shumë të përgjithshme dhe jo gjithmonë përcaktojnë thelbin praktik të thellë dhe konkret të konceptit. Fizikantët kishin vështirësi të braktisnin idenë e ndërveprimit të kontaktit fizik të trupave dhe u prezantuan për të shpjeguar fenomene të ndryshme modele të tilla si "lëngu" elektrik dhe magnetik përdorën idenë e dridhjet mekanike grimcat e mediumit - modele të eterit, lëngjeve optike, kalorike, phlogiston në dukuritë termike, duke i përshkruar ato edhe me pikë mekanike vizion, madje edhe biologët prezantuan " vitaliteti» për të shpjeguar proceset në organizmat e gjallë. E gjithë kjo nuk është gjë tjetër veçse përpjekje për të përshkruar transmetimin e veprimit përmes një mediumi material ("mekanik").

Megjithatë, puna e Faraday (eksperimentalisht), Maxwell (teorikisht) dhe shumë shkencëtarë të tjerë tregoi se ekzistojnë elektrike fusha magnetike(përfshirë në vakum) dhe janë ata që transmetojnë dridhjet elektromagnetike. Doli që dritë e dukshme Ekzistojnë të njëjtat lëkundje elektromagnetike në një gamë të caktuar të frekuencave të lëkundjeve. U zbulua se valët elektromagnetike ndahen në disa lloje në shkallën e dridhjeve: valët e radios (10 3 - 10 -4), valë të lehta(10 -4 - 10 -9 m), IR (5 × 10 -4 - 8 × 10 -7 m), UV (4 × 10 -7 - 10 -9 m), rrezatimi me rreze x(2 × 10 -9 - 6 × 10 -12 m), rrezatimi γ (< 6 ×10 -12 м).

Besohet se fushat gravitacionale dhe elektrike veprojnë në mënyrë të pavarur dhe mund të bashkëjetojnë në çdo pikë të hapësirës njëkohësisht pa ndikuar njëra-tjetrën. Forca totale që vepron në një grimcë provë me ngarkesë q dhe masë m mund të shprehet me shumën vektoriale dhe . Nuk ka kuptim përmbledhja e vektorëve pasi ata kanë madhësive të ndryshme. Hyrje në konceptet klasike të elektrodinamikës fushë elektromagnetike me transferimin e ndërveprimit dhe energjisë duke përhapur valët nëpër hapësirë, bëri të mundur largimin nga përfaqësimi mekanik i eterit. Në konceptin e vjetër, koncepti i eterit si një medium i caktuar që shpjegon transmetimin e veprimit të kontaktit të forcave u hodh poshtë si eksperimentalisht nga eksperimentet e Michelson për matjen e shpejtësisë së dritës, dhe, kryesisht, nga teoria e relativitetit të Ajnshtajnit. Doli të ishte e mundur të përshkruhej përmes fushave ndërveprimet fizike, për të cilën gjenerali për lloje të ndryshme karakteristikat e fushave për të cilat folëm këtu. Sidoqoftë, duhet të theksohet se tani ideja e eterit po ringjallet pjesërisht nga disa shkencëtarë në bazë të konceptit të vakumit fizik.

Pra, pas pamjes mekanike, u formua një pamje e re elektromagnetike e botës. Ajo mund të konsiderohet si e ndërmjetme në lidhje me shkencën moderne natyrore. Le të shënojmë disa karakteristikat e përgjithshme këtë paradigmë. Meqenëse përfshin jo vetëm ide rreth fushave, por edhe të dhëna të reja rreth elektroneve, fotoneve, modeli bërthamor atom, modele struktura kimike substancat dhe renditja e elementeve në tabela periodike Mendeleev dhe një numër rezultatesh të tjera përgjatë rrugës së njohjes së natyrës, atëherë, natyrisht, ky koncept përfshinte edhe idetë e mekanikës kuantike dhe teorinë e relativitetit, të cilat do të diskutohen më tej.

Gjëja kryesore në këtë paraqitje është aftësia për të përshkruar numër i madh dukuritë e bazuara në konceptin e fushës. U vërtetua, ndryshe nga tabloja mekanike, se materia ekziston jo vetëm në formën e një substance, por edhe në një fushë. Bazuar në ndërveprim elektromagnetik paraqitjet e valëve përshkruan me mjaft besim jo vetëm fushat elektrike dhe magnetike, por edhe ato optike, kimike, termike dhe dukuritë mekanike. Metodologjia e paraqitjes në terren të materies mund të përdoret gjithashtu për të kuptuar fusha të një natyre të ndryshme. Janë bërë përpjekje për lidhje natyra korpuskulare mikroobjektet me natyra e valës proceset. U zbulua se "bartësi" i bashkëveprimit të fushës elektromagnetike është fotoni, i cili tashmë i bindet ligjeve të mekanikës kuantike. Po bëhen përpjekje për të gjetur gravitonin si bartës të fushës gravitacionale.

Megjithatë, pavarësisht përparimit të rëndësishëm në të kuptuarit e botës përreth nesh, fotografia elektromagnetike nuk është e lirë nga mangësitë. Kështu, ajo nuk merr në konsideratë qasjet probabiliste në thelb, modelet probabiliste nuk njihen si qasja deterministe e Njutonit; grimca individuale dhe paqartësia e rreptë e marrëdhënieve shkak-pasojë (që tani diskutohet nga sinergjetika), ndërveprimet bërthamore dhe fushat e tyre shpjegohen jo vetëm nga ndërveprimet elektromagnetike midis grimcave të ngarkuara. Në përgjithësi, kjo situatë është e kuptueshme dhe e shpjegueshme, pasi çdo pasqyrë e natyrës së gjërave thellon të kuptuarit tonë dhe kërkon krijimin e modeleve të reja fizike adekuate.

Ku G është konstanta gravitacionale dhe është distanca ndërmjet këtij trupi dhe trupit me indeks j.
Duke izoluar masën e trupit të zgjedhur në këtë shprehje, mund të shkruajmë

Ku është madhësia

Nuk varet nga karakteristikat (masa) e trupit në studim.
Fusha vektoriale,

Ku është fusha vektoriale, e cila quhet forca e fushës elektrike dhe është e barabartë me

.

Në këtë rast, forca e ndërveprimit shkruhet gjithashtu si produkt i karakteristikave të trupit në studim (ngarkesa), dhe të gjitha informacionet rreth ngarkesave të tjera reduktohen në futjen e një të vetme sasia vektoriale– forca e fushës elektrike.
Përkufizimet e dhëna të fushave bazohen në parimin e veprimit me rreze të gjatë dhe janë të vlefshme vetëm për fizikës klasike. Nëse grimcat që përcaktojnë fushën lëvizin, atëherë brenda kornizës së fizikës klasike, grimca në studim do të ndjejë menjëherë një ndryshim në pozicionin e tyre.
Sidoqoftë, kur zbatohet parimi i veprimit me rreze të shkurtër, i vlefshëm brenda kornizës së teorisë së relativitetit, informacioni për lëvizjen e trupave nuk transmetohet në çast dhe kërkon një ndërmjetës, prandaj koncepti i fushës merr kuptimin e një më vete. entitet, lëvizja e të cilit në hapësirë ​​kërkon ekuacione të veçanta për përshkrimin e tij.
Pra, duke marrë parasysh ndërveprimin me rreze të shkurtër, forca që vepron në ngarkesë shkruhet përsëri

Megjithatë, forca e fushës elektrike gjendet nga ekuacionet e Maxwell-it. Është e barabartë me shprehjen e mësipërme vetëm në rast tarifat stacionare.
Ju mund të gjeni informacion të detajuar mbi këtë temë në artikull Vonesa.

një nga kryesore konceptet e fizikës që lindën në gjysmën e dytë. shekulli i 17-të [edhe pse termi "P.f." u fut në fizikë shumë më vonë se anglezët. fizikan J.C. Maxwell; në paraqitjen e matematikës; termi "fushë" lidhet me punën e anglishtes. matematikani W. R. Hamilton "On quaternions" (W. R. Hamilton, Lectures on fournions, Dublin, 1853)]. Që nga ajo kohë, koncepti i P. f. ndryshoi vazhdimisht kuptimin e tij, duke ruajtur, megjithatë, në të gjitha fazat e këtij ndryshimi lidhje e ngushtë me konceptin e hapësirës, ​​të shprehur në përdorimin e konceptit të P. f. për të karakterizuar në mënyrë hapësinore shpërndarja e vazhdueshme fizike sasive Përfaqësimet moderne fizikanët rreth P. f. shpalosen përgjatë dy linjave dukshëm të ndryshme - klasike dhe kuantike. Linja klasike zhvillimi i konceptit të P. f. Kjo linjë fillon me vendosjen nga Njutoni të ligjit të gravitetit universal (1687), i cili bëri të mundur llogaritjen e Pf. forcat e gravitetit. Vazhdon në hidrodinamikë. veprat e Euler (vitet 50 të shekullit të 18-të), i cili konsideroi shpërndarjen e shpejtësive në hapësirë ​​të mbushur me një lëng ideal lëvizës (fusha e shpejtësisë). Meritat më të mëdha në zhvillimin e konceptit të P. f. i përkasin anglishtes fizikani M. Faraday (vitet 30 të shekullit të 19-të), i cili zhvilloi në detaje konceptin e linjat e energjisë P. f. Klasike vija e zhvillimit të konceptit të P. f. degëzohet në dysh. Dega kryesore lidhet me studimin e P. f. elektrike dhe forcat magnetike(Ligji i Kulombit, 1785), të cilat fillimisht u konsideruan të pavarura, por falë punës së datave. fizikë nga H. Oersted (1821), frëngjisht. fizikantët A. Ampere (1826) dhe Faraday (1831), ata filluan të konsiderohen së bashku - si përbërës të një fizike të vetme elektromagnetike. Gjatë kësaj periudhe, kuptimi i konceptit të P. f. varej nga idetë për natyrën e veprimit të forcave. Në konceptin e veprimit me rreze të gjatë, që daton që nga Njutoni, koncepti i P. f. luajtur aux. roli, ai shërbeu vetëm si një përcaktim i shkurtuar për një rajon të hapësirës boshe, në të cilën forcat me rreze të gjatë mund të shfaqen. Duke ditur potencialin e një funksioni fizik, ishte e mundur të llogaritet në çdo pikë të hapësirës forca që vepron në një trup të vendosur atje, pa iu drejtuar ligjit të bashkëveprimit të trupave. Bartës të atributeve fizike. realiteti (masa, energjia, momenti, ngarkesa, forca) në këtë koncept ishin trupa që ndërveprojnë në distancë pa ndihmën e k.-l. agjentë ndërmjetësues. Në mungesë të të paktën një prej trupave ndërveprues, nuk kishte forca, d.m.th. P. f. nuk kishte pavarësi. ekzistencës. Në konceptin e veprimit me rreze të shkurtër, me origjinë nga Descartes, ndërveprimi u krye duke ndryshuar gjendjen e mediumit të ndërmjetëm - eterit, duke mbushur të gjithë hapësirën. Bartësit e energjisë në këtë koncept nuk ishin vetëm ndërveprimet. trupat, por edhe eteri që i rrethon, kështu që krahas fushës së fuqisë mund të flitet edhe për fushën e energjisë. Në të njëjtën kohë, si në inxhinierinë mekanike. teoritë që shpjeguan shfaqjen e forcave mekanike. lëvizja dhe tensioni elastik i eterit, dhe në të pastër teoritë elektromagnetike, duke e lënë eterin të palëvizshëm dhe jo të deformueshëm, P. f. ishte ende i privuar nga pavarësia. ekzistencës. Duke qenë karakteristikë e ndryshimeve në gjendjen e eterit - një substancë që kishte realitet parësor, P. f. kishte një ontologjike statusi i atributit të tij, d.m.th. zotëronte vetëm një realitet dytësor. Ky ndryshim u shkaktua nga burime diskrete të P. f. – rrymat dhe ngarkesat, në mënyrë që P. f., e lidhur pazgjidhshmërisht me to, në një P. f. pa burim. eteri nuk ekzistonte. Hapi tjetër në zhvillimin e klasikes. konceptet e P. f. lidhur me arritjet e teorisë së dinamikës së lirë. elektromagnetike P. f. (valët elektromagnetike, një rast i veçantë i të cilave është drita), të cilat, pasi të krijohen, mund të ekzistojnë pavarësisht nga burimet që e kanë gjeneruar atë (Maxwell, 1864; Hertz, 1888). Falë kësaj, u bë e mundur të atribuohej P. f. pulsi. Megjithatë, meqenëse eteri vazhdoi të shërbente si një bartës material për dinamikën. P.f., këtij të fundit i ishte hequr ende pavarësia. ekzistenca, pra impulsi i P. f. (si dhe energjia e tij) ishte në fakt një karakteristikë jo e P. f., por e eterit. Si rezultat, shprehja "energji e fushës" duhet të kuptohet jo në kuptimin e saj të mirëfilltë, por si një "fushë energjie". Klasike teoria e elektromagnetike Pf. u përfundua nga puna e A. Ajnshtajnit mbi speciale. teoria e relativitetit (1905). Privimi i eterit nga funksioni i të qenit abs. sistemi i referencës krijoi mundësinë e atribuimit të P. f. i vetë-mjaftueshëm ekzistencës. Edhe pse ky vendim nuk u diktua nga nevoja, megjithatë ai u pranua nga shumica e fizikantëve. Duke u shndërruar nga gjendja e një lënde materiale (eteri) në një të pavarur. substanca materiale, elektromagnetike P. f. ndanë me materien funksionet e bartësit të energjisë, momentit dhe masës. Energjia dhe momenti vazhdojnë të jenë karakteristika të lëvizjes. [Ndonjëherë statusi i një lënde materiale nuk i atribuohet P. f., por energjisë. Kështu, lëvizja (energjia) (shih F. Engels, Dialectics of Nature, 1964, fq. 45, 78, 168) kthehet nga një atribut në një substancë. Në këtë rast, P.f. ende nuk ka pavarësi. ekzistencës, por shërben si karakteristikë e shpërndarjes së vazhdueshme të energjisë në hapësirë, gjë që e bën përsëri më të saktë shprehjen "fushë energjie" sesa "energji fushore". Drejtimi që ia atribuon energjisë statusin e substancës identifikohet ndonjëherë me energjitikën).] Dega e dytë e klasikes. linjat e zhvillimit të konceptit të P. f. lidhur me përparimet në fushën e teorisë hulumtim P. f. forcat gravitacionale (fizika gravitacionale). Duke filluar me Njutonin dhe deri tek puna e Ajnshtajnit teori e përgjithshme relativiteti (10 të shekullit të 20-të), graviteti u interpretua në bazë të idesë së forcave me rreze të gjatë dhe nuk mund të përfshihej në kuadrin e konceptit të veprimit me rreze të shkurtër. Bazuar në faktin e barazisë së masës inerciale dhe të rëndë, Ajnshtajni formuloi teorinë relativiste të gravitetit. P. f., e cila përfshin si P. f. gravitacionale ashtu edhe gjeometrike. Vetitë e hapësirës përshkruhen me të njëjtën sasi. Kjo na lejon të hedhim një hap të ri në zhvillimin e konceptit të P. f. krahasuar me atë që u arrit në klasike teoria relativiste e elektromagnetizmit. Specialist. Teoria e relativitetit ishte e para që zbuloi rolin themelor të fizikës elektromagnetike. në përcaktimin e karakteristikave metrike të hapësirës dhe kohës, të cilat, siç doli, varen nga shpejtësia e dritës. Por në të mbeti ende vazhdimësia hapësirë-kohore element i pavarur fizike realitet, duke shërbyer vetëm si një arenë për ndërveprimin e P. f. dhe substancave. Mund të konsiderohet si diçka absolute, sepse P. f. dhe materia ekzistonte në hapësirë-kohë. Në teorinë e përgjithshme të relativitetit, aspekti hapësirë-kohë i realitetit shprehet plotësisht nga graviteti. Pf, në varësi të katër parametrave të koordinatave (tre hapësinore dhe një kohore). “...Është një veti e kësaj fushe, nëse imagjinojmë se fusha është hequr, atëherë nuk do të mbetet “hapësirë”, pasi hapësira nuk ka ekzistencë të pavarur” (Einstein?., Thelbi i Teorisë së Relativitetit. , M., 1955, f. 147). E njëjta gjë mund të thuhet qartë për kohën. Disponueshmëria në klasike fizika e dy llojeve fizike. realitet, rrënjësisht i ndryshëm në të struktura hapësinore(P. f. dhe substancat), si dhe dy cilësisht lloje të ndryshme P. f. (elektromagnetike dhe gravitacionale) lindën të shumta. përpjekjet për të ndërtuar një konsistencë teori e unifikuar P. f., në të cilën graviteti dhe elektromagnetizmi, nga njëra anë, nuk duhet të jenë logjikisht lloje të veçanta të P. f., por aspekte të ndryshme një, i vetëm P. f.; nga ana tjetër, grimcat e materies duhet të interpretohen në të si rajone të veçanta të Pf., në mënyrë që Pf. dhe burimet e tij, të interpretuara si pika njëjës(singularitetet) Pf., do të kishte njësi. mjetet e përshkrimit fizik realitet. Megjithatë, mungesa e suksesit në vijim dhe do të bindë. zbatimi i një programi të tillë krijoi skepticizëm të fortë ndaj tij, kështu që aktualisht. Në atë kohë, ajo nuk ka shumë mbështetës. Linja kuantike e zhvillimit të konceptit të P. f. Kjo linjë vazhdon edhe sot e kësaj dite. koha, u ngrit në lidhje me nevojën për të interpretuar rezultatet e eksperimenteve që studiojnë efektin fotoelektrik. Deri në veprat e L. de Broglie (1924), ideja e dritës si një rrjedhë e grimcave diskrete hapësinore (fotone), e prezantuar nga Ajnshtajni në 1905 për të shpjeguar këto eksperimente, dukej e papajtueshme me atë klasike. ideja e dritës si një Pf i vazhdueshëm hapësinor. De Broglie sugjeroi se çdo grimcë (dhe jo vetëm fotoni) ka një funksion valor të lidhur me të. Dualizmi grimcë-valë është bërë një tipar thelbësor në jorelativist mekanika kuantike. Megjithatë, fusha ? në të nuk është aq e drejtpërdrejtë e ontologjizuar sa tek de Broglie dhe idetë e E. Schrödinger (1926, 1952) dhe D. Bohm (1952) që zhvilluan idetë e tij. Sipas Interpretimi i Kopenhagës mekanika kuantike, e përbashkët në të tashmen. kohë, shumica dërrmuese e shkencëtarëve, ?-fusha është e ashtuquajtura. Fusha e probabilitetit (shih Mikrogrimcat). Në relativist teoria kuantike në moderne Faza e zhvillimit të saj, teoria kuantike e funksioneve valore. është i vetmi. një mënyrë për të përshkruar grimcat elementare dhe ndërveprimet e tyre. Në kuadër të tij, koncepti i P. f. i nënshtrohet zhvillimin e mëtejshëm. Falë vetive valore të çdo grimce elementare dhe vetive kuantike (korpuskulare) të të gjithë P. f., çdo P. f. (në kuptimin e parë, klasik) është në të njëjtën kohë një grup grimcash, dhe çdo grup grimcash (në kuptimin e parë, klasik) përfaqëson një funksion funksional. Kështu, teoria kuantike relativiste në bazë të re i kthehet ontologjizimit të dualizmit valë-grimcë, duke e trajtuar fushën?-të Shrodingerit si një klasik. P. f. materie (shih E. Henley dhe W. Thirring, Teoria e fushës kuantike elementare, Moskë, 1963, f. 19). Është domethënëse se ontologjike. barazia e grimcave dhe P. f. zhvillohet vetëm kur merret parasysh i ashtuquajturi v i r t u a l p a c t s. Nëse marrim parasysh vetëm grimcat reale, atëherë P.f. rezulton të jetë ontologjikisht më domethënës, sepse ka një gjendje vakum, në të cilën nuk ka grimca reale (por ka një të pacaktuar sasi e ndryshueshme grimcat virtuale, ekzistenca e të cilave manifestohet në luhatje të gjendjes së vakumit të Pf.). Shpesh bëhen dallime ndërmjet P. f. grimcat-burimet e bashkëveprimit dhe P. f. grimcat që transferohen në ndërveprime. Kjo është për shkak të interpretimit të ndërveprimit midis grimcave burimore si një shkëmbim i kuanteve virtuale të Pf, i cili shërben si një bartës i ndërveprimit. Me intensitet të mjaftueshëm të ndërveprimit (masa e intensitetit është energjia), kuantet virtuale mund të kthehen në reale, duke krijuar kështu ekzistencën e të ashtuquajturave. pa pagesë P. f. Funksionet e lira funksionale që përshkruajnë gjendjen e grimcave para dhe pas bashkëveprimit nuk janë të vëzhgueshme, sepse vëzhgimi në mekanikën kuantike është i pandashëm nga bashkëveprimi. E fundit, nga pikëpamja. teoria kuantike e P. f., nuk është gjë tjetër veçse transformimi i një përkufizimi. shteti i P. f. (një koleksion grimcash) në një tjetër. Ndërveprimi i P. f. zakonisht interpretohet në bazë të konceptit të përthithjes dhe emetimit të grimcave. Këto grimca mund të jenë reale ose virtuale. Për grimcat virtuale, energjia dhe momenti u binden ligjeve të ruajtjes vetëm deri në pasiguritë e marrëdhënies, prandaj, në distanca të vogla shumë një numër i madh grimcat virtuale. Kjo çon në faktin se në prani të ndërveprimeve, të lartpërmendurat lidhje e thjeshtë ndërmjet grimcave dhe P. f. Grimcat ndërvepruese (si dhe një grimcë reale, e cila në mungesë të të tjerave ndërvepron me vakumin, si dhe me PF-në e vet, burimi i së cilës është vetë) janë të rrethuara nga një re grimcash virtuale. Në mënyrë të rreptë, një pjesë nuk mund të krahasohet më me një grimcë reale. P. f. Dr. me fjalë, imazhi i saj përfshin, në një shkallë apo në një tjetër, P. f. të gjitha grimcat e tjera elementare. bazë vështirësitë e kohëve moderne teoria kuantike P. f. qëndron në mungesën e metodave për zgjidhjen e saktë të ekuacioneve të funksioneve funksionale ndërvepruese. NË elektrodinamika kuantike(teoritë e ndërveprimit midis funksioneve elektromagnetike dhe elektron-pozitron), zgjidhja e përafërt e ekuacioneve të tilla lehtësohet nga vogëlsia e forcës së ndërveprimit, e cila bën të mundur përdorimin e një modeli të thjeshtuar ndërveprimi (teoria e shqetësimeve). Në teori ndërveprime të forta, ku teoria kuantike e P. f. është vetëm një diagram, asnjë problem i vetëm nuk është zgjidhur rreptësisht pa supozimin se ndërveprimi është i vogël. Nevoja për të tërhequr të gjithë P. f. (përfshirë gravitacionin, për të cilin qasja kuantike është gjithashtu e zbatueshme) për një përshkrim të saktë të ndërveprimeve të grimcave elementare lindin dëshirën për të ndërtuar një teori të unifikuar kuantike. Pf nuk do të kishte marrë nga përvoja të gjithë spektrin e masave dhe rrotullimeve të grimcave elementare, por do ta kishte marrë atë automatikisht. Përpjekja më e famshme në këtë drejtim i përket Heisenberg (teoria e një fizike të vetme spiporike jolineare - "materia primare"), e cila, megjithatë, nuk ka sjellë ende rezultate fizike të prekshme. rezultatet. Vështirësitë e përmendura të teorisë kuantike të Pf. lindi idenë e zëvendësimit të përpjekjeve për zgjidhjen e ekuacioneve për operatorët P. f. ndërtimi i një sistemi të tillë ekuacionesh, i cili do të mbështetej vetëm në vetitë e përgjithshme të matricës shpërndarëse (S-matrica), e cila lidh drejtpërdrejt gjendjen e funksionit funksional të lirë. para dhe pas ndërveprimit dhe nuk do të pretendonte të ishte një përshkrim i detajuar hapësinor-kohor i proceseve të ndërveprimit. Në këtë rrugë drejt së tashmes. Në atë kohë, disa shkencëtarë parashtruan kërkesa radikale për të braktisur plotësisht përdorimin e konceptit të Pf. Kjo bëhet në bazë të supozimit se koncepti i vazhdimësisë hapësirë-kohë nuk ka një kuptim fizik. kuptimi në moderne mikrofizika dhe statusi i saj është i ngjashëm me konceptin e eterit në fizikën e shekullit të 19-të. (shih G. F. Chew, The dyshimous role of space-time continuum in microscopicphysics, në revistën: "Science Progress", 1963, v. 51, Nr. 204, f. 529). Në të njëjtën kohë, refuzimi për të përdorur konceptet hapësinore-kohore (dhe bashkë me të idenë e funksioneve fizike) në mikrofizikë, natyrisht, në asnjë mënyrë nuk do të thotë refuzim për t'i përdorur ato në makrofizikë (shih gjithashtu E. I. Zimmerman, The macroscopio natyra e hapësirë-kohës, në revistën: "American Journal of Physics", 1962, v. 97). Sidoqoftë, shumica e shkencëtarëve ende e konsiderojnë të nevojshme përdorimin e konceptit të P. f. (dhe bashkë me të, natyrshëm, përfaqësimi hapësinor-kohor) si ontologjik. bazë për përshkrimin e bashkëveprimit të grimcave elementare. Në këtë rrugë në teorinë e P. f. lind, në veçanti, ide interesante për ekzistencën në natyrë të të ashtuquajturit. kompensiruyuschih P.f., secila prej të cilave është përgjegjëse për ruajtjen e një ose një tjetër fizike themelore. sasitë gjatë ndërveprimeve. Metodologjike komplekse problemet që lindin në lidhje me modernen idetë për P. f., jashtëzakonisht të shumëanshme. Ai përfshin problemin e interpretimit të matematikës shumë abstrakte. pajisje moderne teoria e P. f. (në veçanti, kjo përfshin çështjen e statusit ontologjik të grimcave virtuale) dhe problemin e metodave për përshkrimin e ndërveprimit (formalizmi hamiltonian apo matrica S?). Problemi i fundit është i ngjashëm problem i vjetër shprehjet e lëvizjes në logjikën e koncepteve, të fiksuara në aporinë e Zenonit të Eleas: si të përshkruajmë ndërveprimin - përmes rezultateve të tij (matrica S) ose përmes kursit të tij hapësinor-kohor (formalizmi hamilton). Këtu përfshihet edhe problemi i përshtatshmërisë së përshkrimit të ndërveprimit bazuar në dep. ide rreth P.f. dhe për burimin e saj, të paraqitur nga Pauli në vitet '30. Diskutime për të gjitha këto dhe shumë çështje të tjera metodologjike. problemet e teorisë së P. f. janë në vazhdim dhe janë ende larg përfundimit. Lit.: Maxwell D.K., Izbr. Op. mbi teorinë e fushës elektromagnetike, përkth. [nga anglishtja], M., 1954; Einstein?., Infeld L., Evolution of Physics, trans. nga anglishtja, botimi i dytë, M., 1956; Ovchinnikov?. ?., Koncepti i masës dhe energjisë në termat e tyre historikë. zhvillimin dhe filozofinë rëndësi, M., 1957, f. 177; Markovs. ?., Hiperonet dhe K-mesonët, M., 1958; ai, o modern. forma e atomizmit, "VF", 1960, nr. 3, 4; Steinman R. Ya., Hapësirë ​​dhe Koha, M., 1962, f. 68, 143; Kuznetsov B.G., Zhvillimi i fizikës. ide nga Galileo te Ajnshtajni në dritën e kohëve moderne. Shkenca, M., 1963, ch. 2, 3, 4; Whittaker?., Historia e teorive të eterit dhe elektricitetit. Teoritë klasike, L.–, 1951.

Materializimi i shpirtrave dhe shpërndarja e elefantëve.
Biletat e hyrjes nga 50 k në 2 r.
I. Ilf, E Petrov

Cilat janë ndërveprimet themelore dhe fushat themelore? Pse fushat themelore mund të konsiderohen si një nga përbërësit e materies?

Mësim-ligjëratë

Për atë që është fusha lloj i veçantë materia, mund të lexohet në shumë tekste të fizikës dhe madje edhe në fjalor enciklopedik. Por shpjegimet për këtë deklaratë nuk gjenden gjithmonë. Prandaj, kuptimi i asaj që thuhet shpesh mbetet i paqartë. Le të përpiqemi ta kuptojmë këtë dhe të "materializojmë fushën". Vini re se deklarata e mësipërme nuk vlen për asnjë fushë, por vetëm për ato themelore. Cilat janë fushat themelore?

Ndërveprimet themelore dhe fushat themelore. Gjatë studimeve për fizikë, u njohët me nga forca të ndryshme- forca elastike, forca e fërkimit, forca e gravitetit. Secila prej këtyre forcave karakterizon një ndërveprim midis trupave. Siç e dini, zhvillimi i shkencës ka treguar se të gjithë trupat makroskopikë përbëhen nga atome dhe molekula (më saktë, nga bërthama dhe elektrone). Nga modeli atomiko-molekular del se disa nga ndërveprimet ndërmjet trupave makroskopikë mund të paraqiten si rezultat i bashkëveprimit midis atomeve dhe molekulave ose, kur thellohet edhe më thellë në strukturën e materies, si rezultat i bashkëveprimit midis bërthamave. dhe elektronet që përbëjnë trupat makroskopikë.

Në veçanti, forca të tilla si forca elastike dhe forca e fërkimit janë rezultat i forcave që veprojnë midis elektroneve dhe bërthamave. Por ndërveprimet gravitacionale dhe ndërveprimet elektromagnetike nuk mund të reduktoheshin në disa ndërveprime të tjera, megjithëse u bënë përpjekje të tilla.

Për të karakterizuar ndërveprimet që nuk mund të reduktohen në ndërveprime të tjera, koncepti filloi të përdoret themelore, që do të thotë "thelbësore".

Siç u diskutua në paragrafin e mëparshëm, ndërveprimet themelore gravitacionale dhe elektromagnetike mund të konsiderohen në bazë të ndërveprimit me fushën. Filluan të quheshin fushat që korrespondojnë me ndërveprimet themelore fushat themelore.

Ndërveprimet themelore janë ndërveprimet gravitacionale dhe elektromagnetike.

Zhvillimi i shkencës ka treguar se ndërveprimet gravitacionale dhe elektromagnetike nuk janë të vetmet ndërveprime themelore. Aktualisht, janë zbuluar katër ndërveprime themelore. Rreth dy të tjerëve ndërveprimet themelore ne mësojmë duke studiuar mikrobotën.

Fushat elektromagnetike dhe gravitacionale janë fusha themelore që nuk mund të reduktohen në lëvizjen e asnjë grimce.

Me rreze të gjatë dhe me rreze të shkurtër. Ne tashmë e dimë se ndërveprimi midis grimcave (të ngarkuara dhe të pa ngarkuara) mund të përshkruhet duke përdorur fusha, por nuk kemi pse të prezantojmë konceptin e një fushe. Koncepti sipas të cilit ndërveprimi ndërmjet grimcave përshkruhet drejtpërdrejt, pa futur konceptin e fushës, quhet koncepti i veprimit me rreze të gjatë. Emri do të thotë se grimcat ndërveprojnë në distanca të gjata. Përkundrazi, koncepti i dytë, sipas të cilit bashkëveprimi kryhet përmes një fushe (gravitacionale dhe elektromagnetike), quhet koncepti i veprimit të ngushtë. Kuptimi i konceptit të ndërveprimit me rreze të shkurtër është se një grimcë ndërvepron me një fushë që ekziston pranë saj, megjithëse vetë kjo fushë mund të krijohet nga grimcat e vendosura shumë larg (Fig. 13).

Oriz. 13. Ilustrim i ndërveprimit bazuar në konceptin e veprimit me rreze të gjatë (a) dhe konceptin e veprimit me rreze të shkurtër (b. c)

Në rastin e parë (shih Fig. 13, a) ngarkesa q veprohet nga një forcë F nga ngarkesa Q e vendosur në distancën r. Në rastin e dytë, ngarkesa Q krijon një fushë E(x, y, z) në hapësirën rreth saj. Në veçanti, në pikën me koordinata x 0, y 0, z 0, ku ndodhet ngarkesa q, krijohet një fushë E(x 0, y 0, z 0) (shih Fig. 13, b). Kjo fushë, dhe jo ngarkesa Q drejtpërdrejt, ndërvepron me ngarkesën q (shih Fig. 13, c).

Historikisht, njohuritë për natyrën janë zhvilluar në atë mënyrë që koncepti i veprimit me rreze të shkurtër, i propozuar në vitet '30. Shekulli XIX, nga fizikani anglez M. Faraday, u perceptua vetëm si një përshkrim i përshtatshëm.

Situata ndryshoi rrënjësisht pas zbulimit të valëve elektromagnetike që përhapen me një shpejtësi të kufizuar - shpejtësinë e dritës. Nga teoria e valëve elektromagnetike doli se çdo ndryshim në fushën elektromagnetike përhapet nëpër hapësirë ​​edhe me shpejtësinë e dritës. Duke iu referuar shembullit të dhënë në figurën 13, mund të themi se nëse ngarkesa Q fillon të lëvizë në një moment në kohë, atëherë ngarkesa q do të "ndiejë" një ndryshim në forcën që vepron mbi të jo në të njëjtin moment në kohë, por pas një kohë r/s (c është shpejtësia e dritës), pra koha e nevojshme për valë elektromagnetike kaloi nga ngarkesa Q në ngarkesë q.

Përhapja e kufizuar e valëve elektromagnetike çon në faktin se përshkrimi i ndërveprimit elektromagnetik bazuar në konceptin e veprimit me rreze të gjatë bëhet i papërshtatshëm.

Për ta kuptuar këtë, merrni parasysh shembulli tjetër. Në 1054 u shfaq në qiell yll i ndritshëm, drita e së cilës vërehej edhe gjatë ditës për disa javë. Pastaj ylli u zbeh, dhe tani në zonë sfera qiellore, ku ndodhej ylli, vihet re një formacion me shkëlqim të dobët, i cili quhet Mjegullnaja e Gaforres. Sipas ide moderne rreth evolucionit të yjeve, një yll u ndez, gjatë të cilit fuqia e tij e rrezatimit u rrit miliarda herë, pas së cilës ylli u shpërbë. Vendi është i ndritshëm yll i ndezur u formuan një yll neutron praktikisht që nuk lëshon dhe një re në zgjerim me gaz me shkëlqim të dobët.

Nga pikëpamja e konceptit të veprimit me rreze të shkurtër, vëzhgimi i dritës së një ylli zbret në vijim. Ngarkesat në yllin krijuan një fushë që, në formën e një vale, arriti në Tokë dhe preku elektronet në retinën e syrit të vëzhguesit. Valës iu deshën qindra vjet për të arritur në Tokë. Njerëzit vëzhguan ndezjen e një ylli kur vetë ylli nuk ishte më aty. Nëse përpiqemi ta përshkruajmë këtë vëzhgim bazuar në konceptin e veprimit me rreze të gjatë, duhet të supozojmë se ngarkesat në retinën e syrit nuk ndërveprojnë me ngarkesat e yllit, por me ato që dikur ishin në yll, të cilat nuk ekziston më. Vini re se në procesin e formimit yll neutron shumë ngarkesa zhduken, pasi neutronet formohen nga elektronet dhe protonet - grimca neutrale që praktikisht nuk marrin pjesë në ndërveprimi elektromagnetik. Pajtohuni që një përshkrim i bazuar në ndërveprimin me atë që dikur ka qenë, por që nuk ekziston momenti aktual koha, "jo shumë e përshtatshme".

Një arsye tjetër për të njohur fushën si material është për shkak të faktit se një valë elektromagnetike transferon energji dhe moment në hapësirë ​​(për më shumë detaje, shih § 57). Nëse fusha nuk konsiderohet materiale, atëherë duhet pranuar se energjia dhe momenti nuk janë të lidhura me asgjë materiale dhe vetë transferohen nëpër hapësirë.

E formuluar në vitin 1905 nga Albert Einstein, teoria e relativitetit bazohet në postulatin sipas të cilit nuk ka ndërveprime (përfshirë ato themelore) që përhapen më shpejt se drita.

Ne e filluam këtë paragraf me "materializimin e shpirtrave". Fizikantët janë njerëz të mprehtë dhe koncepti i "shpirtrave" përdoret tashmë në teori moderne fusha. Mund të themi se këto shpirtra ende nuk janë materializuar, domethënë nuk janë vërejtur në përvojë. Por shkenca e fushave themelore nuk është ende e plotë.

Përfundimi i shpërndarjes së fushave themelore dhe lidhja e tyre me energjinë dhe momentin (transferimi i energjisë dhe momentit nga këto fusha) çon në njohjen e këtyre fushave si një nga përbërësit e materies. Kështu, materia përfaqësohet nga grimcat (substanca) dhe fushat themelore.

• Cili është kuptimi i koncepteve "fusha themelore" dhe "ndërveprime themelore"?
• Jepni shembuj të fushave që nuk janë themelore.
• Mendoni dhe jepni shembuj të ndërveprimeve jothemelore.