Fizik alanlarına örnekler. Moskova Devlet Baskı Sanatları Üniversitesi

Fiziksel alan- Bu özel şekil Uzayın her noktasında var olan ve bu alanı yaratan maddeyle ilgili özelliğe sahip bir maddeyi etkileyerek kendini gösteren madde. Temel fark pürüzsüzlüktür.

gövde + yük alanı gövde + yük

Fiziksel alanların özellikleri

Maddenin ve alanın davranışında temel bir fark vardır. Maddenin kapladığı hacmin her zaman keskin bir sınırı vardır, ancak alan prensipte keskin bir sınıra sahip olamaz; noktadan noktaya düzgün bir şekilde değişir.

Uzayın bir noktasında var olabilir sonsuz sayı birbirini etkilemeyen fiziksel alanlar.

Alan ve madde birbirini karşılıklı olarak etkileyebilir.

Matematiksel sınıflandırma alanlar

Elektromanyetik alan- bu, uzaydaki her noktadaki E ve H vektörlerinin değeri ile karakterize edilen özel bir madde şeklidir.

Alanlar şu şekilde ayrılır: skaler, vektör, tensör.

Skaler alanlar uzaydaki her noktaya sürekli olarak dağıtılan bir tanım alanına sahip belirli bir skaler fonksiyondur.

Skaler alan, aşağıdaki denklemle verilen seviye yüzeyi ile karakterize edilir:

(1.1)

Vektör alanı uzaydaki her noktada belirlenen bir tanım alanına sahip sürekli bir vektör miktarıdır.

HAKKINDA Bu alanın temel özelliği bir vektör çizgisidir. Bu, her noktada alan vektörünün teğetsel olarak yönlendirildiği bir çizgidir.

Enerji hatlarının fiziksel kaydı:

(1.2)

Tensör alanı uzayda dağıtılan sürekli bir tensör miktarıdır.

tensör
(1.3)

Fiziksel alanların farklı özellikleri

Gradyan bir skaler alanın vektör özelliğidir. Bir skaler fonksiyonun gradyanı, bu fonksiyonun düz yüzeye normal yönünde türevine sayısal olarak eşit olan ve bu normal boyunca yönlendirilen bir vektördür.

(1.4)

Degrade özellikleri:

eğim sayısal olarak eşittir maksimum hız fonksiyon değişiklikleri.

D oluşturma:

(1.5)

Gradyanın yönü fonksiyondaki en hızlı değişimin yönü ile çakışmaktadır.

(1.6)

Iraksama bir vektör alanının skaler bir özelliğidir. Vektör alanı sapması kapalı bir yüzey boyunca akı oranının sınırıdır S bu yüzeyin içerdiği hacme kadar.

(1.7)

- belirli bir akış

(1.8)

D Iraksama, alanın bir noktasında (alanın başladığı veya bittiği yerde) kaynakların varlığını veya yokluğunu karakterize eder.

Eğer herhangi bir noktada
, o zaman bu noktada alanın kaynağı yani başlangıcı ve alanın bittiği yer bulunur
ve bu noktaya drenaj denir. Kaynakların olmadığı bir noktada
.

hareketlerinin parametreleri (hız, momentum, açısal momentum), enerjilerini değiştirirler, iş yaparlar vb. Ve bu genel olarak açık ve anlaşılırdı. Ancak elektrik ve manyetizmanın doğasının incelenmesiyle birbirleriyle etkileşime giren bir anlayış ortaya çıktı. elektrik ücretleri doğrudan temas olmadan yapabilirsiniz. Bu durumda kısa menzilli eylem kavramından temassız uzun menzilli eyleme geçiyor gibiyiz. Bu alan kavramına yol açtı.

Bu kavramın resmi tanımı şöyledir: fiziksel alan maddenin parçacıklarını (nesnelerini) birleşik sistemlere bağlayan ve ileten özel bir madde şeklidir terminal hızı bir parçacığın diğeri üzerindeki etkisi. Doğru, daha önce de belirttiğimiz gibi, bu tür tanımlar çok geneldir ve kavramın derin ve somut pratik özünü her zaman belirlemez. Fizikçiler, cisimlerin fiziksel temas etkileşimi fikrinden vazgeçmekte zorluk çekmişler ve bunu açıklamak için ortaya atmışlardır. çeşitli fenomenler Elektrik ve manyetik “akışkan” gibi modeller şu fikri kullandı: mekanik titreşimler ortamın parçacıkları - termal olaylarda eter, optik sıvılar, kalorik, flojiston modelleri, bunları aynı zamanda açıklayarak mekanik nokta vizyon ve hatta biyologlar tanıtıldı " canlılık» Canlı organizmalardaki süreçleri açıklamak. Bütün bunlar, eylemin maddi (“mekanik”) bir ortam aracılığıyla aktarımını tanımlama girişimlerinden başka bir şey değildir.

Ancak Faraday (deneysel olarak), Maxwell (teorik olarak) ve diğer birçok bilim adamının çalışmaları elektriğin var olduğunu gösterdi. manyetik alanlar(boşluk dahil) ve iletenler onlardır elektromanyetik titreşimler. Görünüşe göre görünür ışık Belirli bir salınım frekansı aralığında aynı elektromanyetik salınımlar vardır. Elektromanyetik dalgaların titreşim ölçeğinde çeşitli türlere bölündüğü bulunmuştur: radyo dalgaları (10 3 - 10 -4), ışık dalgaları(10 -4 - 10 -9 m), IR (5 ×10 -4 - 8 ×10 -7 m), UV (4 ×10 -7 - 10 -9 m), x-ışını radyasyonu(2 ×10 -9 - 6 ×10 -12 m), γ-radyasyonu (< 6 ×10 -12 м).

Yerçekimi ve elektrik alanlarının bağımsız olarak hareket ettiğine ve uzayın herhangi bir noktasında birbirini etkilemeden aynı anda bir arada bulunabileceğine inanılıyor. Yükü q ve kütlesi m olan bir test parçacığına etki eden toplam kuvvet, vektör toplamı ve ile ifade edilebilir. Vektörleri toplamanın bir anlamı yok çünkü farklı boyutlar. Klasik elektrodinamik kavramlarına giriş elektromanyetik alan etkileşimin ve enerjinin dalgaların uzayda yayılmasıyla aktarılması, eterin mekanik temsilinden uzaklaşmayı mümkün kıldı. Eski kavramda, kuvvetlerin temas eyleminin iletimini açıklayan belirli bir ortam olarak eter kavramı, hem Michelson'un ışık hızını ölçme deneyleri hem de esas olarak Einstein'ın görelilik teorisi tarafından deneysel olarak çürütüldü. Alanlar aracılığıyla açıklamanın mümkün olduğu ortaya çıktı fiziksel etkileşimler, bunun için general farklı türler Burada bahsettiğimiz özellik alanları. Ancak şunu da belirtelim ki artık eter fikri bazı bilim insanları tarafından fiziksel boşluk kavramından hareketle kısmen yeniden canlandırılıyor.

Böylece mekanik resmin ardından dünyanın yeni bir elektromanyetik resmi oluştu. Modern doğa bilimiyle ilgili olarak orta düzey olarak kabul edilebilir. Bazılarını not edelim genel özellikler bu paradigma. Yalnızca alanlara ilişkin fikirleri değil aynı zamanda elektronlar, fotonlar, nükleer model atom, desenler kimyasal yapı maddeler ve elementlerin dizilişi periyodik tablo Mendeleev ve doğa bilgisi yolundaki bir dizi başka sonuç, o zaman elbette bu kavram, daha sonra tartışılacak olan kuantum mekaniği ve görelilik teorisi fikirlerini de içeriyordu.

Bu temsildeki en önemli şey, tanımlama yeteneğidir. büyük sayı Alan kavramına dayalı olgular. Mekanik tablonun aksine, maddenin yalnızca madde biçiminde değil, aynı zamanda bir alan biçiminde de var olduğu tespit edildi. Elektromanyetik etkileşime dayalı dalga temsilleri oldukça güvenli bir şekilde yalnızca elektrik ve manyetik alanları değil aynı zamanda optik, kimyasal, termal ve mekanik olaylar. Maddenin alan temsili metodolojisi, farklı nitelikteki alanları anlamak için de kullanılabilir. Bağlantı kurulmaya çalışıldı tanecikli doğa olan mikro nesneler dalga doğa süreçler. Elektromanyetik alanın etkileşiminin "taşıyıcısının" zaten kuantum mekaniği yasalarına uyan foton olduğu bulundu. Yerçekimi alanının taşıyıcısı olarak gravitonun bulunmasına yönelik girişimlerde bulunulmaktadır.

Ancak etrafımızdaki dünyayı anlamada kaydedilen önemli ilerlemelere rağmen elektromanyetik resim kusurlardan muaf değildir. Bu nedenle olasılıksal yaklaşımları dikkate almaz; esas olarak olasılıksal kalıplar, Newton'un tanımlamaya yönelik deterministik yaklaşımı olarak kabul edilmez; bireysel parçacıklar ve neden-sonuç ilişkilerinin (şu anda sinerjetik tarafından tartışılan) kesin belirsizliği, nükleer etkileşimler ve bunların alanları yalnızca yüklü parçacıklar arasındaki elektromanyetik etkileşimlerle açıklanmaz. Genel olarak bu durum anlaşılabilir ve açıklanabilir, çünkü nesnelerin doğasına dair her anlayış anlayışımızı derinleştirir ve yeni, yeterli fiziksel modellerin yaratılmasını gerektirir.

Burada G yer çekimi sabitidir ve bu cisim ile j indeksli cisim arasındaki mesafedir.
Seçilen cismin kütlesini bu ifadede yalnız bırakarak şunu yazabiliriz:

Büyüklük nerede

İncelenen vücudun özelliklerine (kütlesine) bağlı değildir.
Vektör alanı,

Elektrik alan kuvveti olarak adlandırılan ve eşit olan vektör alanı nerede

.

Bu durumda, etkileşim kuvveti aynı zamanda incelenen cismin özelliklerinin (yük) ürünü olarak da yazılır ve diğer yüklerle ilgili tüm bilgiler tek bir girişe indirgenir. vektör miktarı– elektrik alan kuvveti.
Verilen alan tanımları uzun menzilli eylem ilkesine dayanmaktadır ve yalnızca aşağıdakiler için geçerlidir: klasik fizik. Alanı belirleyen parçacıklar hareket ederse klasik fizik çerçevesinde incelenen parçacık anında konum değişikliğini hissedecektir.
Ancak izafiyet teorisi çerçevesinde geçerli olan kısa mesafeli etki prensibi uygulandığında cisimlerin hareketine ilişkin bilgiler anında iletilmemekte ve bir aracıya ihtiyaç duyulmaktadır, dolayısıyla alan kavramı ayrı bir anlam kazanmaktadır. uzaydaki hareketinin tanımı için ayrı denklemler gerektiren varlık.
Böylece kısa mesafeli etkileşim dikkate alınarak yüke etki eden kuvvet tekrar yazılır.

Ancak elektrik alan şiddeti Maxwell denklemlerinden bulunur. Yalnızca şu durumda yukarıdaki ifadeye eşittir: sabit masraflar.
Bu konuyla ilgili ayrıntılı bilgiyi makalede bulabilirsiniz Gecikme.

analardan biri 2. yarıda ortaya çıkan fizik kavramları. 17. yüzyıl [her ne kadar "P.f." Fizikle İngilizceden çok daha sonra tanıştırıldı. fizikçi J.C. Maxwell; matematik görünümünde; "alan" terimi İngilizce çalışmalarıyla ilişkilidir. matematikçi W. R. Hamilton "Kuterniyonlar Üzerine" (W.R. Hamilton, Çeyreklikler Üzerine Dersler, Dublin, 1853)]. O zamandan beri P. f. anlamını defalarca değiştirdi, ancak bu değişimin tüm aşamalarında devam etti yakın bağlantı P. f. kavramının kullanımıyla ifade edilen mekan kavramı ile. mekansal olarak karakterize etmek sürekli dağıtım fiziksel miktarlar Modern temsiller fizikçiler P. f. önemli ölçüde farklı iki çizgide ortaya çıkıyor - klasik ve kuantum. Klasik çizgi P. f. kavramının gelişimi. Bu çizgi, Newton'un Pf'yi hesaplamayı mümkün kılan evrensel çekim yasasını (1687) oluşturmasıyla başlar. yerçekimi kuvvetleri. Hidrodinamikte devam ediyor. Hareketli ideal bir akışkanla (hız alanı) dolu uzaydaki hızların dağılımını düşünen Euler'in (18. yüzyılın 50'li yılları) çalışmaları. P. f. kavramının geliştirilmesindeki en büyük faydalar. İngilizceye ait Kavramını ayrıntılı olarak geliştiren fizikçi M. Faraday (19. yüzyılın 30'ları) elektrik hatları P. f. Klasik P. f kavramının gelişim çizgisi. ikiye ayrılır. Ana dal P. f.'nin çalışmasıyla ilişkilidir. elektrik ve manyetik kuvvetler(Coulomb yasası, 1785), başlangıçta bağımsız kabul edildi, ancak tarih çalışmaları sayesinde. Fizik, H. Oersted (1821), Fransızca. fizikçiler A. Ampere (1826) ve Faraday (1831), tek bir elektromanyetik fiziğin bileşenleri olarak birlikte değerlendirilmeye başlandı. Bu dönemde P. f. kavramının anlamı ortaya çıkmıştır. kuvvetlerin eyleminin doğası hakkındaki fikirlere bağlıydı. Kökleri Newton'a kadar uzanan uzun menzilli eylem kavramında P. f. aux'yu çaldım. rol olarak, yalnızca uzun menzilli kuvvetlerin kendilerini gösterebileceği boş uzay bölgesi için kısaltılmış bir isim olarak hizmet etti. Fiziksel bir fonksiyonun potansiyelini bilerek, uzaydaki her noktada oraya yerleştirilen bir cisme etki eden kuvveti, cisimlerin etkileşimi yasasına başvurmadan hesaplamak mümkündü. Fiziksel özelliklerin taşıyıcıları. Bu kavramdaki gerçeklik (kütle, enerji, momentum, yük, kuvvet), k.-l'nin yardımı olmadan uzaktan etkileşen cisimlerdi. aracı ajanlar. Etkileşen cisimlerden en az birinin yokluğunda kuvvet yoktu, yani. P. f. bağımsızlığa sahip değildi. varoluş. Descartes'tan kaynaklanan kısa menzilli eylem kavramında etkileşim, tüm alanı dolduran ara ortamın (esir) durumunun değiştirilmesiyle gerçekleştirildi. Bu kavramdaki enerjinin taşıyıcıları yalnızca etkileşimler değildi. bedenler ve aynı zamanda onları çevreleyen eter, böylece güç alanının yanı sıra enerji alanından da söz edilebilir. Aynı zamanda makine mühendisliğinde olduğu gibi. Mekanik kuvvetlerin ortaya çıkışını açıklayan teoriler. eterin hareketi ve elastik gerilimi ve saf olarak elektromanyetik teoriler, eteri hareketsiz ve deforme olmayacak şekilde bırakarak, P. f. hâlâ bağımsızlıktan yoksundu. varoluş. Birincil gerçekliğe sahip bir madde olan eterin durumundaki değişikliklerin bir özelliği olan P. f. ontolojik bir özelliği vardı özelliğinin durumu, yani yalnızca ikincil bir gerçekliğe sahipti. Bu değişikliğe P. f.'nin farklı kaynakları neden oldu. – akımlar ve yükler, böylece P.f., kaynaksız bir P.f.'de onlarla ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. eter mevcut değildi. Klasiğin gelişiminde bir sonraki adım. P. f.'nin kavramları. serbest dinamik teorisinin başarılarıyla ilişkilidir. elektromanyetik P.f. (elektromanyetik dalgalar, özel bir durumu ışıktır), bir kez yaratıldığında onu üreten kaynaklardan bağımsız olarak var olabilir (Maxwell, 1864; Hertz, 1888). Bu sayede P. f. nabız. Ancak eter, dinamik için maddi bir taşıyıcı olarak hizmet etmeye devam ettiğinden beri. P.f., ikincisi hâlâ bağımsızlıktan mahrumdu. varoluş, dolayısıyla P. f. (ve enerjisi) aslında P.f.'nin değil, eterin bir özelliğiydi. Sonuç olarak “alan enerjisi” ifadesinin gerçek anlamıyla değil, “enerji alanı” olarak anlaşılması gerekir. Klasik elektromanyetik Pf teorisi. A. Einstein'ın özel çalışmasıyla tamamlandı. görelilik teorisi (1905). Ether'i karın kası olma işlevinden mahrum bırakmak. referans sistemi, P. f.'ye atfedilme olasılığını yarattı. kendi kendine yeten varoluş. Bu karar zorunluluktan kaynaklanmasa da fizikçilerin çoğunluğu tarafından kabul edildi. Maddi bir maddenin (eter) halinden bağımsız bir hale dönüşmesi. maddi madde, elektromanyetik P. f. Enerjinin, momentumun ve kütlenin taşıyıcısı olarak madde ile ortak işlevlere sahiptir. Enerji ve momentum hareketin özellikleri olmaya devam ediyor. [Bazen maddi bir maddenin durumu P. f.'ye değil enerjiye atfedilir. Böylece hareket (enerji) (bkz. F. Engels, Doğanın Diyalektiği, 1964, s. 45, 78, 168) bir sıfattan maddeye dönüşür. Bu durumda P. f. hâlâ bağımsızlığa sahip değil. varoluş, ancak enerjinin uzayda sürekli dağılımının bir özelliği olarak hizmet eder, bu da yine "alan enerjisi" yerine "enerji alanı" ifadesini daha doğru hale getirir. Bir maddenin statüsünü enerjiye atfeden yön, bazen enerjicilikle özdeşleştirilir).] Klasiğin ikinci dalı. P. f. kavramının gelişim çizgileri. Teorik alandaki gelişmelerle bağlantılı araştırma P. f. yerçekimi kuvvetleri (yerçekimi fiziği). Newton'dan başlayıp Einstein'ın çalışmalarına kadar genel teori görelilik (20. yüzyılın 10'ları), yerçekimi uzun menzilli kuvvetler fikri temelinde yorumlandı ve kısa menzilli etki kavramı çerçevesine dahil edilemedi. Atalet ve ağır kütlenin eşitliği gerçeğine dayanarak Einstein, göreli çekim teorisini formüle etti. P. f., hem yerçekimsel P. f'yi hem de geometrik içerir. Uzayın özellikleri aynı miktarla tanımlanır. Bu, P. f. kavramının geliştirilmesinde yeni bir adım atmamızı sağlar. klasikte elde edilenlerle karşılaştırıldığında Elektromanyetizmanın göreceli teorisi. Uzman. Görelilik teorisi elektromanyetik fiziğin temel rolünü ortaya koyan ilk teoriydi. ışık hızına bağlı olduğu ortaya çıkan uzay ve zamanın metrik özelliklerini belirlemede. Ancak uzay-zaman sürekliliği hala onun içinde kaldı bağımsız eleman fiziksel gerçeklik, yalnızca P. f.'nin etkileşimi için bir arena görevi görüyor. ve maddeler. Mutlak bir şey olarak düşünülebilir çünkü P. f. ve madde uzay-zamanda mevcuttu. Genel görelilik teorisinde gerçekliğin uzay-zaman yönü tamamen yerçekimi ile ifade edilir. Pf, dört koordinat parametresine bağlıdır (üç uzamsal ve bir zamansal). “...Bu alanın bir özelliğidir. Alanın kaldırıldığını hayal edersek, uzayın bağımsız bir varlığı olmadığından geriye “uzay” kalmaz” (Einstein?., Görelilik Teorisinin Özü). , M., 1955, s. Zaman konusunda da aynı şeyi söylemek elbette mümkün. Klasik olarak kullanılabilirlik iki tür fiziksel fizik. gerçeklik, kökten farklı mekansal yapı(P.f. ve maddeler) ve ayrıca niteliksel olarak iki çeşitli türler P. f. (elektromanyetik ve yerçekimi) çok sayıda şeye yol açtı. tutarlı bir yapı oluşturmaya çalışır birleşik teori P. f., burada yerçekimi ve elektromanyetizma mantıksal olarak ayrı P. f. türleri olmamalıdır, ancak çeşitli yönler bir, tek P. f.; Öte yandan, madde parçacıklarının Pf.'nin özel bölgeleri olarak yorumlanması gerekir, böylece Pf. ve kaynakları şu şekilde yorumlanır: tekil noktalar(tekillikler) Pf., birlikler olurdu. fiziksel açıklama araçları gerçeklik. Ancak daha sonraki süreçte başarısızlık ve ikna edecek. Böyle bir programın uygulanması, şu anda ona karşı güçlü şüpheciliğe yol açtı. O zamanlar çok fazla destekçisi yok. P. f. kavramının kuantum gelişim çizgisi. Bu çizgi günümüze kadar devam etmektedir. zaman, fotoelektrik etkiyi inceleyen deneylerin sonuçlarını yorumlama ihtiyacıyla bağlantılı olarak ortaya çıktı. L. de Broglie'nin (1924) çalışmalarına kadar, Einstein'ın bu deneyleri açıklamak için 1905'te ortaya attığı, ışığın uzaysal olarak ayrık parçacıkların (fotonlar) akışı olduğu fikri, klasik olanla uyumsuz görünüyordu. ışığın mekansal olarak sürekli bir fiziksel fonksiyon olduğu fikri. De Broglie, her parçacığın (sadece fotonun değil) kendisiyle ilişkili bir dalga fonksiyonuna sahip olduğunu öne sürdü. Parçacık-dalga düalizmi, göreceli olmayan teorilerde temel bir özellik haline geldi. kuantum mekaniği. Ancak içindeki ?-alanı, de Broglie'de ve onun fikirlerini geliştiren E. Schrödinger (1926, 1952) ve D. Bohm'un (1952) fikirlerinde olduğu kadar doğrudan ontolojikleştirilmemiştir. Buna göre Kopenhag yorumu günümüzde paylaşılan kuantum mekaniği. Zaman zaman bilim adamlarının ezici çoğunluğu ?-alanı olarak adlandırılıyor. Olasılık alanı (bkz. Mikropartiküller). Göreceli olarak kuantum teorisi modern olarak gelişim aşaması, dalga fonksiyonlarının kuantum teorisi. tek kişi o. Temel parçacıkları ve onların etkileşimlerini tanımlamanın bir yolu. Çerçevesinde P. f. uğrar daha fazla gelişme. Herhangi bir temel parçacığın dalga özellikleri ve tüm P.f.'nin kuantum (parçacık) özellikleri sayesinde, her P.f. (eski anlamda, klasik anlamda) aynı zamanda bir parçacıklar topluluğudur ve her bir parçacık kümesi (eski, klasik anlamda) işlevsel bir işlevi temsil eder. Böylece, göreli kuantum teorisi yeni temel Schrödinger?-alanını klasik bir alan olarak ele alarak dalga-parçacık düalizminin ontolojikleştirilmesine geri döner P. f. madde (bkz. E. Henley ve W. Thirring, Temel kuantum alan teorisi, Moskova, 1963, s. 19). Ontolojik olması önemlidir. parçacıkların eşitliği ve P. f. yalnızca sözde dikkate alındığında gerçekleşir sanal p aktlar. Yalnızca gerçek kısımları hesaba katarsak, P. f. ontolojik olarak daha önemli olduğu ortaya çıkıyor, çünkü içinde gerçek parçacıkların bulunmadığı (ancak belirsiz bir parçacıkların olduğu) bir vakum durumuna sahiptir. değişken miktar sanal parçacıklar varlığı Pf.'nin vakum durumunun dalgalanmalarında kendini gösterir.) Genellikle P. f. parçacıklar-etkileşimin kaynakları ve P. f. parçacıklar etkileşimlere aktarılır. Bunun nedeni, kaynak parçacıklar arasındaki etkileşimin, etkileşimin taşıyıcısı olarak görev yapan Pf'nin sanal kuantum değişimi olarak yorumlanmasıdır. Yeterli etkileşim yoğunluğuyla (yoğunluğun ölçüsü enerjidir), sanal kuantumlar gerçek kuantumlara dönüşebilir ve sözde varlığına yol açabilir. ücretsiz P. f. Parçacıkların etkileşimden önceki ve sonraki durumunu tanımlayan serbest fonksiyonel fonksiyonlar gözlemlenebilir değildir çünkü kuantum mekaniğinde gözlem etkileşimden ayrılamaz. Bakış açısından sonuncusu. P.f.'nin kuantum teorisi, bir tanımın dönüştürülmesinden başka bir şey değildir. P.'nin durumu. (bir parçacık topluluğu) diğerine. P. f.'nin etkileşimi. genellikle parçacık emilimi ve emisyonu kavramına göre yorumlanır. Bu parçacıklar gerçek ya da sanal olabilir. Sanal parçacıklar için enerji ve momentum yalnızca ilişkinin belirsizliklerine kadar korunum yasalarına uyar, bu nedenle küçük mesafelerde çok çok sayıda sanal parçacıklar Bu, etkileşimlerin varlığında yukarıda belirtilenlerin ortaya çıkmasına neden olur. basit bağlantı parçacıklar ve P. f. Etkileşen parçacıklar (diğerlerinin yokluğunda vakumla ve kaynağı kendisi olan kendi PF'siyle etkileşime giren gerçek bir parçacık gibi) bir sanal parçacık bulutu ile çevrilidir. Kesin olarak konuşursak, bir parça artık gerçek bir parçacıkla karşılaştırılamaz. P. f. Dr. kelimelerle ifade etmek gerekirse, imajı bir dereceye kadar P. f. diğer tüm temel parçacıklar. Temel modern zamanların zorlukları kuantum teorisi P. f. etkileşimli fonksiyonel fonksiyonların denklemlerini doğru bir şekilde çözmek için yöntemlerin eksikliğinde yatmaktadır. İÇİNDE kuantum elektrodinamiği(elektromanyetik ve elektron-pozitron fonksiyonları arasındaki etkileşim teorileri), bu tür denklemlerin yaklaşık çözümü, etkileşim kuvvetinin küçüklüğü ile kolaylaştırılır, bu da basitleştirilmiş bir etkileşim modelinin (pertürbasyon teorisi) kullanılmasını mümkün kılar. Teorik olarak güçlü etkileşimler, burada P. f'nin kuantum teorisi. yalnızca bir diyagramdır; etkileşimin küçük olduğu varsayımı olmadan henüz tek bir problem kesin olarak çözülmemiştir. Tüm P. f'yi çekme ihtiyacı. Temel parçacıkların etkileşimlerinin doğru bir tanımı için (kuantum yaklaşımının da geçerli olduğu yer çekimi dahil), birleşik bir kuantum teorisi oluşturma arzusuna yol açtı. Pf, temel parçacıkların kütle ve dönüş spektrumunun tamamını deneyimden alamazdı, ancak bunu otomatik olarak alırdı. Bu yöndeki en ünlü girişim Heisenberg'e (tek bir doğrusal olmayan spiporik fizik teorisi - "ilkel madde") aittir, ancak henüz somut fiziksel sonuçlar getirmemiştir. sonuçlar. Pf'nin kuantum teorisinin bahsedilen zorlukları. P. f operatörleri için denklem çözme girişimlerinin değiştirilmesi fikrini doğurdu. serbest fonksiyonel fonksiyonun durumuyla doğrudan ilgili olan saçılma matrisinin (S-matrisi) yalnızca genel özelliklerine dayanan böyle bir denklem sisteminin inşası. etkileşimden önce ve sonradır ve etkileşim süreçlerinin ayrıntılı bir uzay-zamansal açıklaması olma iddiasında değildir. Günümüze ulaşan bu yolda. O zamanlar bazı bilim adamları Pf kavramının kullanımından tamamen vazgeçilmesi yönünde radikal talepler öne sürüyorlardı. Bu, uzay-zaman sürekliliği kavramının fiziksel bir anlamı olmadığı varsayımına dayanarak yapılır. modern anlamda anlamı mikrofizik ve onun statüsü 19. yüzyıl fiziğindeki eter kavramına benzer. (bkz. G. F. Chew, Mikroskobik fizikte uzay-zaman sürekliliğinin şüpheli rolü, dergide: "Science Progress", 1963, cilt 51, Sayı 204, s. 529). Aynı zamanda, mikrofizikte uzay-zaman kavramlarını (ve bununla birlikte P.f. fikrini) kullanmayı reddetmek elbette hiçbir şekilde onları makrofizikte kullanmayı reddetmek anlamına gelmez (bkz. ayrıca E. I. Zimmerman, Uzay-zamanın makroskobik doğası, dergide: "American Journal of Physics", 1962, v. 97). Ancak çoğu bilim adamı hala P. f. kavramını kullanmanın gerekli olduğunu düşünüyor. (ve bununla birlikte doğal olarak uzay-zamansal temsil) ontolojik olarak. temel parçacıkların etkileşimini tanımlamanın temelini oluşturur. P. f. teorisinde bu yolda. özellikle ortaya çıkar, ilginç fikir sözde doğanın varlığı hakkında. kompensiruyuschih P.f., her biri bir veya başka bir temel fizikselin korunmasından sorumludur. etkileşimler sırasındaki miktarlar. Karmaşık metodolojik modernlikle bağlantılı olarak ortaya çıkan sorunlar P. f. hakkındaki fikirler son derece çok yönlü. Oldukça soyut matematiğin yorumlanması problemini içerir. modern cihaz P.f.'nin teorisi (özellikle bu, sanal parçacıkların ontolojik statüsü sorusunu içerir) ve etkileşimi tanımlamaya yönelik yöntemler sorununu (Hamilton formalizmi mi yoksa S-matrisi mi?) içerir. Son sorun da benzer eski sorun Elealı Zeno'nun açmazında sabitlenen kavramların mantığındaki hareket ifadeleri: etkileşimin nasıl tanımlanacağı - sonuçları (S-matrisi) veya uzay-zamansal seyri (Hamilton formalizmi) aracılığıyla. Bu aynı zamanda derinliğe dayalı etkileşim tanımının yeterliliği sorununu da içerir. P. f. hakkında fikirler ve Pauli'nin 30'lu yıllarda ortaya attığı kaynağı hakkında. Tüm bunlar ve diğer birçok metodolojik konu üzerine tartışmalar. P. f teorisinin sorunları. devam ediyor ve henüz tamamlanmaktan çok uzak. Yandı: Maxwell D.K., Izbr. Op. Elektromanyetik alan teorisi üzerine, çev. [İngilizce'den], M., 1954; Einstein?., Infeld L., Fiziğin Evrimi, çev. İngilizce'den, 2. baskı, M., 1956; Ovchinnikov? ?., Tarihsel açıdan kütle ve enerji kavramı. gelişim ve felsefe önemi, M., 1957, s. 177; Markov'lar. ?., Hyperonlar ve K-mezonlar, M., 1958; o, ey modern. atomizmin biçimi, "VF", 1960, No. 3, 4; Steinman R. Ya., Uzay ve Zaman, M., 1962, s. 68, 143; Kuznetsov B.G., Fiziğin gelişimi. Modern zamanların ışığında Galileo'dan Einstein'a fikirler. Bilimler, M., 1963, bölüm. 2, 3, 4; Whittaker mı?., tarih eter ve elektrik teorileri. Klasik teoriler, L.–, 1951.

Ruhların maddeleştirilmesi ve fillerin dağıtımı.
50 k'dan 2 r'ye giriş biletleri.
I. Ilf, E Petrov

Temel etkileşimler nelerdir ve temel alanlar? Temel alanlar neden maddenin bileşenlerinden biri olarak düşünülebilir?

Ders-konuşma

Alanın ne olduğu hakkında özel tür Birçok fizik ders kitabında ve hatta ansiklopedik sözlük. Ancak bu ifadeye ilişkin açıklamalar her zaman bulunmaz. Bu nedenle söylenenlerin anlamı çoğu zaman belirsiz kalır. Bunu anlamaya çalışalım ve "alanı somutlaştıralım". Yukarıdaki ifadenin herhangi bir alan için geçerli olmadığını, yalnızca temel alanlar için geçerli olduğunu unutmayın. Temel alanlar nelerdir?

Temel etkileşimler ve temel alanlar. Fizik okurken aşina oldunuz çeşitli güçler tarafından- elastik kuvvet, sürtünme kuvveti, yerçekimi kuvveti. Bu kuvvetlerin her biri cisimler arasındaki bazı etkileşimleri karakterize eder. Bildiğiniz gibi bilimin gelişimi, tüm makroskobik cisimlerin atomlardan ve moleküllerden (daha doğrusu çekirdek ve elektronlardan) oluştuğunu göstermiştir. Atomik-moleküler modelden, makroskobik cisimler arasındaki bazı etkileşimlerin, atomlar ve moleküller arasındaki etkileşimin sonucu olarak veya maddenin yapısının daha da derinlerine inildiğinde çekirdekler arasındaki etkileşimin bir sonucu olarak temsil edilebileceği anlaşılmaktadır. ve makroskopik cisimleri oluşturan elektronlar.

Özellikle elastik kuvvet ve sürtünme kuvveti gibi kuvvetler, elektronlar ve çekirdekler arasında etki eden kuvvetlerin sonucudur. Ancak yerçekimi etkileşimleri ve elektromanyetik etkileşimler, bu tür girişimlerde bulunulmasına rağmen diğer bazı etkileşimlere indirgenemedi.

Diğer etkileşimlere indirgenemeyen etkileşimleri karakterize etmek için kavram kullanılmaya başlandı. esas"gerekli" anlamına gelir.

Önceki paragrafta tartışıldığı gibi temel yer çekimi ve elektromanyetik etkileşimler alanla etkileşim temelinde düşünülebilir. Temel etkileşimlere karşılık gelen alanlar çağrılmaya başlandı temel alanlar.

Temel etkileşimler yerçekimi ve elektromanyetik etkileşimlerdir.

Bilimin gelişimi, yerçekimi ve elektromanyetik etkileşimlerin tek temel etkileşimler olmadığını göstermiştir. Şu anda dört temel etkileşim keşfedilmiştir. Diğer ikisi hakkında temel etkileşimler Mikro dünyayı inceleyerek öğreniyoruz.

Elektromanyetik ve yerçekimi alanları herhangi bir parçacığın hareketine indirgenemeyen temel alanlardır.

Uzun menzilli ve kısa menzilli. Parçacıklar (yüklü ve yüksüz) arasındaki etkileşimin alanlar kullanılarak tanımlanabileceğini zaten biliyoruz, ancak alan kavramını tanıtmamıza gerek yok. Parçacıklar arasındaki etkileşimin, alan kavramı getirilmeden doğrudan tanımlandığı kavrama, uzun menzilli etki kavramı denir. Adı, parçacıkların uzun mesafelerde etkileşime girdiği anlamına gelir. Aksine etkileşimin bir alan (yerçekimi ve elektromanyetik) aracılığıyla gerçekleştirildiği ikinci kavrama yakın etki kavramı denir. Kısa mesafeli etkileşim kavramının anlamı, bir parçacığın kendisine yakın bir alanla etkileşime girmesidir, ancak bu alanın kendisi çok uzakta bulunan parçacıklar tarafından oluşturulabilir (Şekil 13).

Pirinç. 13. Uzun menzilli eylem (a) ve kısa menzilli eylem (b.c) kavramına dayalı etkileşimin gösterimi

İlk durumda (bkz. Şekil 13, a), q yüküne, r mesafesinde bulunan Q yükünden gelen bir F kuvveti etki eder. İkinci durumda, Q yükü etrafındaki uzayda bir E(x, y, z) alanı yaratır. Özellikle, q yükünün bulunduğu x 0, y 0, z 0 koordinatlı noktada, bir alan E(x 0, y 0, z 0) oluşturulur (bkz. Şekil 13, b). Doğrudan Q yükü değil, bu alan q yüküyle etkileşime girer (bkz. Şekil 13, c).

Tarihsel olarak doğa hakkındaki bilgi, 30'lu yıllarda kısa mesafeli eylem kavramının önerildiği şekilde gelişmiştir. XIX yüzyılda İngiliz fizikçi M. Faraday tarafından yalnızca uygun bir açıklama olarak algılandı.

Sonlu bir hızda, yani ışık hızında yayılan elektromanyetik dalgaların keşfedilmesinden sonra durum temelden değişti. Elektromanyetik dalgalar teorisinden, elektromanyetik alandaki herhangi bir değişikliğin uzayda ışık hızında da yayıldığı sonucu çıktı. Şekil 13'te verilen örneğe göre, eğer Q yükü zamanın bir noktasında hareket etmeye başlarsa, o zaman q yükünün kendisine etki eden kuvvette bir değişikliği aynı anda değil, daha sonra "hissedeceğini" söyleyebiliriz. a zaman r/s ( c ışığın hızıdır), yani bunun için gereken süre elektromanyetik dalga Q yükünden q yüküne gitti.

Elektromanyetik dalgaların yayılmasının sınırlı doğası, elektromanyetik etkileşimin uzun menzilli etki kavramına dayalı olarak tanımlanmasının uygunsuz hale gelmesine yol açmaktadır.

Bunu anlamak için şunu düşünün sonraki örnek. 1054'te gökyüzünde belirdi parlak yıldızışığı birkaç hafta boyunca gündüz bile gözlemlendi. Sonra yıldız soldu ve şimdi bu bölgede gök küresi Yıldızın bulunduğu yerde Yengeç Bulutsusu adı verilen hafif parlak bir oluşum dikkat çekiyor. Buna göre modern fikirler Yıldızların evrimi hakkında, bir yıldız parladı, bu sırada radyasyon gücü milyarlarca kat arttı ve ardından yıldız parçalandı. Mekan aydınlık parlayan yıldız neredeyse hiç ışık yaymayan bir nötron yıldızı ve hafifçe parlayan gazdan oluşan genişleyen bir bulut oluştu.

Kısa mesafeli eylem kavramı açısından bakıldığında bir yıldızın ışığını gözlemlemek şu anlama gelir. Yıldızın üzerindeki yükler, dalga şeklinde Dünya'ya ulaşan ve gözlemcinin gözünün retinasındaki elektronları etkileyen bir alan yarattı. Dalganın Dünya'ya ulaşması yüzlerce yıl sürdü. İnsanlar, yıldızın kendisi artık orada olmadığında bir yıldızın parlamasını gözlemlediler. Bu gözlemi uzun menzilli etki kavramına dayanarak tanımlamaya çalışırsak, gözün retinasındaki yüklerin yıldızın yükleriyle değil, bir zamanlar yıldızın üzerinde bulunan yüklerle etkileşime girdiğini varsaymamız gerekir. artık yok. Oluşum sürecinde olduğunu unutmayın nötron yıldızı Nötronlar elektronlardan ve protonlardan oluştuğu için birçok yük kaybolur - pratik olarak katılmayan nötr parçacıklar elektromanyetik etkileşim. Bir zamanlar var olan ama artık mevcut olmayan bir şeyle etkileşime dayalı bir açıklamanın olduğu konusunda hemfikir olun. şimdiki an zaman, "pek uygun değil."

Alanın maddi olarak tanınmasının bir başka nedeni de elektromanyetik dalganın uzayda enerji ve momentum aktarması gerçeğidir (daha fazla ayrıntı için bkz. § 57). Eğer alan maddi olarak kabul edilmiyorsa, enerji ve momentumun maddi hiçbir şeyle ilişkili olmadığı ve kendilerinin uzayda aktarıldığı kabul edilmelidir.

1905 yılında Albert Einstein tarafından formüle edilen görelilik teorisi, ışıktan daha hızlı yayılan hiçbir etkileşimin (temel olanlar dahil) olmadığı varsayımına dayanmaktadır.

Bu paragrafa “ruhların maddeleşmesi” ile başladık. Fizikçiler esprili insanlardır ve "ruhlar" kavramı zaten bilimde kullanılmaktadır. modern teori alanlar. Bu ruhların henüz maddeleşmediğini, yani deneyimde gözlemlenmediğini söyleyebiliriz. Ancak temel alanların bilimi henüz tamamlanmadı.

Temel alanların dağılımının sonlu olması ve bunların enerji ve momentum ile bağlantısı (bu alanlar tarafından enerji ve momentumun aktarılması), bu alanların maddenin bileşenlerinden biri olarak tanınmasına yol açmaktadır. Madde böylece parçacıklar (madde) ve temel alanlarla temsil edilir.

• “Temel alanlar” ve “temel etkileşimler” kavramlarının anlamı nedir?
• Temel olmayan alanlara örnekler verin.
• Temel olmayan etkileşimleri düşünün ve örnekler verin.