Содержание

Физические поля — Викизнание… Это Вам НЕ Википедия!

Понятие «Физическое поле» приводит к основоположникам электромагнетизма Майклу Фарадею и Джеймсу Максвеллу, когда под термином «Физическое поле» понимают некоторую область пространства-времени с действующей силой от материального объекта, благодаря которой действие от одного тела передается к другому на расстоянии. В классической физике «Физическое поле» описывается математически скалярным, векторным, тензорным и операторным уравнениями.

Майкл Фарадей своим опытом с магнитным компасом возле электрического проводника открыл электромагнитное поле, правда, оно присутствовало ещё до опытов с электричеством в виде магнетизма земного ядра, но это открытие стало началом решения электромагнитного поля, и в последующем выражено уравнениями Джеймса Максвелла.

Понимание того, что какое-нибудь «Физическое поле», это особая форма материи, обладающая бесконечно большим числом степеней свободы – отступление от здравого смысла в физике полей и классической физике. У фундаментальных физических полей есть свои переносчики взаимодействия, но, само поле представлено только областью действия и ничем более. Область действия физического поля можно выразить определяющими физическими переменными, но, никак формой материи. Поэтому, и бытуют заблуждения относительно области физических полей, когда наделяют их формой материального.

История полевой физики[править]

Понятие физическое поле своим истоком относится к Рене Декарту и Исааку Ньютону, а, с открытием Майкла Фарадея электромагнитных полей, само понятие поля утвердилось со временем. Основоположники электромагнетизма понимали под полем некую среду, которая подвержена динамике, может перетекать и вращаться, откуда и появились такие понятия теории поля как дивергенция и ротор. Во многом такие представления о поле привели к появлению понятия эфира. Важно, что именно построение наглядных моделей невидимого поля поспособствовали успешному созданию классической электродинамики. Опираясь на математику, любое физическое поле можно рассматривать, как заданную в пространстве и времени математическую функцию, которую выразил уравнениями Джеймс Максвелл. Этот подход не требовал построения умозрительных моделей эфира, а оказался более строгим с математической точки зрения. Однако выражение физических полей способствовало созданию двух лагерей, в одном всё опиралось на эфир, а в другом всё сводилось к математической функции и стало классическим.

В XX веке к классическому понятию поля пришло еще две концепции:

1) Добавление к физическому понятию поля математического решения пространства, что так называемый путь геометризации физики, наиболее известным примером которого является общая теория относительности.

2) Модель обменного взаимодействия, воплощенная в квантовой теории, что предоставляет полю получить дискретные характеристики через необходимые частицы и непрерывные процессы, для чего используются виртуальные частицы – переносчики полевого взаимодействия.

В полевой физике во многом происходит возвращение к представлениям физического поля в духе Фарадея-Максвелла, только на современном уровне. Для этого используется понятие «Полевая среда», что созвучно понятию физического поля реальной сущности, как область подверженная собственной динамике, посредством которой и происходит взаимодействие удаленных объектов. Так и взаимодействие частиц в полевой среде описывается полевым уравнением движения, а построенная на основе этой концепции полевая механика в качестве своих следствий содержит классическую механику, электродинамику, частично теорию относительности, квантовую и ядерную физику и ещё немало других дисциплин, и в трактовке физических полей пытаются принимать участие сторонники эфиродинамики.

Понятие поля эфира применимо в эфиродинамике при описании свойств всякой сплошной среды. Если сопоставить с каждой точкой среды определяющие её состояние физические величины (температуру, давление, натяжения и т. п.), то получится эфирное поле этих величин, в чём роль упругой среды для передачи взаимодействия вроде бы очевидна. Но, первоначально трудность представить себе не механическую среду, способную переносить энергию и импульс, породила различные механические модели эфира как среды, переносящей электромагнитные взаимодействия. Однако все механические модели эфира противоречат принципу относительности Эйнштейна, и от эфира 100 лет назад пришлось отказаться. В настоящее время многие учёные снова обращаются к эфиру, чтобы создать ускользающий от всех Единый Универсальный Закон в концепции Великого Объединения.[1]

Но, по-настоящему революционные подходы ученые делают не в поиске пресловутого вселенского (эфирного) поля, а в познании взаимодействия фундаментальных полей, для этого в Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) и в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) проводят исследования и опыты. Так же ученые уже готовы опубликовать революционные труды по применению взаимодействия фундаментальных полей и использовать в области ядерных исследований и энергетики. И, на сегодняшний день существует возможность создания химических элементов, только решения в этом вопросе ждут от энергетики, так, как новые химические элементы или необходимые элементы создавать энергетически дорого в промышленном масштабе. Естественно, учеными ведутся исследования и разработки энергетики этого тысячелетия.

Основные физические поля[править]

Магнитные поля Солнца создаваемые всевозможными магнитными аномалиями на солнечной поверхности.

Чтобы решить все заблуждения в физике полей, сразу отметим, что любое физическое поле обладает частотой, величиной, вектором и тензором, что определяет физическую сущность любого поля в физике. Физическое поле не есть вид материи или вещества, а, это взаимодействие материи или вещества в пространстве, что определяется; энергией, силой, вектором и функцией. Существуют основные физические поля:

  • Гравитационное.
  • Глюонное.
  • Фермионное.
  • Электромагнитное.

И, все физические поля могут иметь математическое или физическое представление:

  • Линейное.
  • Волновое.

И, это зависит от математического представления физического процесса. Такие представления создают выражения физических полей, и заявлять, что существуют дополнительные поля, как на силовые и прочие поля – ересь не имеющая ничего общего с физикой полей, потому, что каждое физическое поле имеет свои частоту, функцию, вектор и тензор, и, что является производными фундаментальных полей и их выражением. И, такое выражение новоявленных полей, как:

  • Векторное поле.
  • Вихревое поле.
  • Силовое поле.
  • Торсионное поле.

Магнитные линии электромагнитных полей маркированные разными частицами в Солнечной Короне видно в рентгеновском диапозоне.

Это нечто иное, как просто выражение свойств взаимодействия сил или проявление других производных характеристик фундаментальных полей. Ведь выходящие за рамки атомов электромагнетизм и гравитация создают фундаментальные физические поля: электромагнитное поле (электромагнетизм) и гравитационное поле (гравитация), но, при выражении электромагнетизма и гравитации иными определяющими полей, производных полей от фундаментальных взаимодействий насчитывается больше чем одно. Если задаться вопросом; сколько формируют производных полей гравитация и электромагнетизм, можно получить точный ответ; восемь производных полей. Таким образом, разнообразие производных полей от гравитации и электромагнетизма радужно представлено во Вселенной, и каждое поле играет значимую роль в материальном мире. И, это вводит в заблуждение не только обывателя, а и ученых, что есть ещё какие-то потусторонние силы в материальном мире.

Физические поля невидимы в пространстве-времени, но, физические поля можно выявить своеобразными маркерами, что является частицами для выявления взаимодействия или переноса энергии или силы полей. Выявить магнитное поле своеобразным маркером учили в школе каждого, чтобы на листок бумаги высыпать металлических опилок и с обратной стороны приложить магнит, тогда проявятся магнитные линии от намагниченных металлических опилок. Сегодня можно посмотреть на Солнце, через специальные приборы в рентгеновском диапазоне, чтобы увидеть магнитные поля в солнечной атмосфере, где магнитные линии электромагнитных полей маркированы различными элементарными частицами. Но, если в вакууме, где нет всяких частиц – магнитное поле не увидать без частиц-маркеров, только, это не скажет, что магнитные линии отсутствуют, как выражение взаимодействия магнитного поля в пространстве-времени.

Гравитационное поле[править]

Гравитационное поле самое значимое из физических полей во Вселенной, и потому, что гравитация действует в атомных и вселенских пределах.

Глюонное поле[править]

Глюонное поле третье по значимости во Вселенной, и действует только в пределах атомов, являясь структурной «сферой» атомов для составных элементарных частиц. Сила глюонного поля, связывает кварки в протоне, не ослабевает при удалении одного кварка от другого, и возвращает удаляющиеся кварки. При попытке «вырвать» кварк из протона, глюонное поле порождает дополнительную кварк-антикварковую пару, и от протона уже отделяется не кварк, а π-мезон. От протона π-мезон уже может улететь сколь угодно далеко, потому, что силы между адронами ослабевают с расстоянием.

Фермионное поле[править]

Фермионное поле, это последнее по значимости во Вселенной, и действует только в пределах ядер всевозможных атомов, являясь формирующей «сферой» атомного ядра.

Электромагнитное поле[править]

Электромагнитное поле второе из значимых физических полей во Вселенной, и действие электромагнитного поля распространяется в пределах атомного ядра и галактических скоплений.

Часть созидающего физических полей[править]

Линии полей зарядов.

Частью созидающей физическое поле является заряд, но сам по себе заряд не существует, чтобы в точке пространства-времени существовал заряд необходима заряженная частица, и этими частицами могут являться электроны, позитроны или протоны, и так же другие заряженные элементарные частицы. Поэтому, чтобы рассмотреть какое-нибудь фундаментальное физическое поле, необходимо узнать свойства заряженных частиц и свойства полевых линий зарядов этих заряженных частиц.

Заряженные частицы[править]

Электроны имеют отрицательный знак заряда, позитроны или протоны имеют положительный знак заряда, нейтроны и фотоны нейтральны. Следовательно, стоит рассматривать только электроны и позитроны или протоны, как заряженные частицы, которые могут создавать физические поля. Так же в создании полей могут участвовать кварки и антикварки, и даже антипротон, что являются не вымышленными и гипотетическими заряженными частицами, а являются реально отдельно существующими только очень малый срок времени. Линии поля распространяются от положительно заряженной частицы к отрицательно заряженной, чем и объясняется поток электронов, а именно электрический ток. И, это правило электродинамики в потоке электронов заключается в том, что на положительно заряженном электроде находятся электроны, а на отрицательно заряженном – протоны.

И, когда даётся зеленый свет, в смысле создаётся возможность протекать электричеству, отрицательно заряженные электроны от положительного электрода стремятся к положительно заряженным протонам на отрицательно заряженном электроде. Точно таким образом происходит поток электронов от одного магнитного солнечного пятна к другому магнитному пятну, что являются составными полюсами магнита гигантского размера. Стоит из интереса заметить, что сквозь петлю образованную электронами петлю между магнитными солнечными пятнами может пройти планета Земля, и планета даже не заденет протекающий поток электронов, потому, что до петли из потока электронов будет расстояние в несколько сотен тысяч километров.

Монополь[править]

Любой отдельно взятый заряд в физике полей называется – монополь, так, как этот заряд рассматривается отдельно и в частности, и не в какой-нибудь системе, как и линии полей заряда рассматриваются отдельно, а не в системе разноименных зарядов, где линий полей исходят от положительного заряда, а линии полей сходятся к отрицательному заряду. Поэтому, рассматривая монополи в физике полей, знают, что одноименные заряды – отталкиваются, а разноименные заряды – притягиваются.

См. дополнительно[править]

Созидающий физических полей[править]

Покуда всем морочат голову всевозможными переносчиками физических полей, определим, что созидает фундаментальные физические поля. У самого малюсенького и самого огромного физического поля есть непременно полюса, потому, что поле не может быть монопольным, позволить монопольность может только лишь частица. В физике полей, есть знакомый всем – диполь. Диполь в буквальном переводе с греческого языка означает объект из двух разноименных полюсов, в физике полей, диполь, это система состоящая из двух разно заряженных полюсов. И, всем известны магнитные или электрические диполи, а посредством научно-технического прогресса не представляется наш быт и жизнь без таковых диполей. Естественно, что разные диполи созидатели всех фундаментальных физических полей, без чего не может существовать элементарная материя, планеты, звёзды, галактики и даже человек.

Электромагнитный диполь[править]

Электрические заряды q разного знака (+q, –q) по своей сущности являются электрическими монополями, а монополями разного знака в электродинамике являются электрон (– q) и позитрон или протон (+ q). А, в системном объединении электрон и позитрон или протон представляют электрический диполь, и заметим, что атомная система из позитрона и электрона – первичный водород (Позитроний, Ps), а атомная система из протона и электрона – обычный водород (Протий, H). Дипольное расстояние может обозначаться d, потому, что при повороте электрического диполя вокруг своего центра дипольное расстояние является диаметром окружности, по которой движутся монополи. Электрический момент диполя обозначается pe, и выражается формулой:

Так же существует понятие о магнитном диполе в электродинамике, и, этот диполь можно представить, как систему двух токовых зарядов (+q, -q), которые называют магнитными монополями или магнитными зарядами, и единичного вектора зарядов (n). В качестве модели магнитного диполя можно рассматривать небольшую плоскую замкнутую проводящую рамку площади S, по которой течёт ток I. Токовый заряд q магнитного диполя выражается через формулу:

А, магнитный момент диполя pm выражается формулой:

При равном соотношении электрических зарядов в электрическом диполе и токовых зарядов в магнитном диполе, как равном значении расстояния между зарядами с единичным вектором зарядов, электрический и магнитный диполи выражаются одинаковым значением. Именно система из позитрона (+ps) или протона(+p) и электрона (-e) создаёт электрический диполь, или система из потока электронов к позитронам или протонам создаёт магнитный диполь[2], которые являются созидателями электромагнитного поля, и напряженность поля, и потенциал поля, можно вычислить по соответствующим формулам.

Гравитационный диполь[править]

Гравитационный диполь представлен двумя точками с массой и вектором гравитационного ускорения на расстоянии, где гравитационное ускорение разного направления (+ a, – a), и эти точки по своей сущности является гравитационными монополями. Потенциал гравитационных монополей выражается через уравнение:

Заметим, что масса отрицательной не может быть, как и не может быть отрицательным расстояние, чтобы создалась антигравитация, а вектор гравитационного ускорения отрицательным бывает, что и создаёт гравитационное поле с иным вектором ускорения. Из основ физики каждый знает, что равноускоренным движением называют движение, при котором вектор ускорения остается неизменным по направлению и модулю, и в этом существуют свои уравнения, которые задействованы в гравитационных монополях положительном и отрицательном. В обычном монополе гравитации вектор гравитационного ускорения направлен к центру гравитации, а в аномальном, в смысле в противоположном монополе гравитации вектор гравитационного ускорения направлен от центра, но векторы непременно равны между собой по модулю. Доказательством отрицательного ускорения во Вселенной является красное смещение, это когда наглядно показывает вселенские объекты расходятся друг от друга и от центра Вселенной с неким ускорением, на основе чего Эдвин Хаббл создал свой закон.

И гравитационное поле своим торсионным свойством доказывает существования отрицательного ускорения на границе поля, так, как останавливает этим ускорением солнечный ветер, подробно об этом сказано в тензоре поля. Естественно, отрицательного вектора гравитационного ускорения на границе гравитационного поля слишком мало в значении из-за удалённости от центра гравитации, но и этого значения достаточно, чтобы противоборствовать силе солнечного ветра. Как, и достаточно положительного и отрицательного вектора гравитационного ускорения, чтобы удерживать Луну, спутник планеты Земля на постоянной орбитальной полосе, на орбите образно говоря. Подобное торсионное свойство проявляется гравитационным полем в атомах, когда электроны или другие частицы удерживаются в области атомов или атомных ядрах. И, для того чтобы нейтрону покинуть атомное ядро приходится создавать нейтронное гало.

Глюонный диполь[править]

Глюонный диполь является системой из кварков q разного знака (+q, –q), по своей сущности глюонный диполь являются системой кварк-антикварк. В системе кварк-антикварк при попытке кварка (+q) или антикварка(–q) отдалиться, создаваемое системой глюонное поле натягивается словно струны и стремится удержать кварк или антикварк. Глюонные диполи или системы кварк-антикварк в ядерном мире представляют собой лептоны, которые по сущности определяются через их кварковую комбинацию. Поле, создаваемое глюонным диполем, представляет собой сильное взаимодействие в области фундаментальных взаимодействий.

Фермионный диполь[править]

Фермионный диполь представлен протонной парой p разного знака (+p, –p), по своей сущности протонная пара являются протоном (+p) и антипротоном (-p). Система из двух разно заряженных протонов является созидающим ингредиентом для атомного ядра, а фермионное поле представляет собой слабое взаимодействие в области фундаментальных взаимодействий.

Определяющие физических полей[править]

Есть определяющие физических полей:

  • Частота (Волна).
  • Функция (Величина).
  • Вектор (Энергия).
  • Тензор (Сила).

Но, одно принципиально взятое физическое поле выражается лишь только двумя определяющими, хотя представлено всеми определяющими. Это выражение четырёх основных физических полей двумя определяющими даёт возможность объединиться основным и второстепенным физическим полям, либо в единое целое, либо в определенную группу полей. Такое объединение физических полей при помощи связывающих полевых определяющих необходимого для материального взаимодействия в пространстве-времени, и не важно какой это уровень квантовой физики или квантовой механики.

Подводя итоги, после анализа существующих физических теорий, известный ученый Роджер Пенроуз в своей фундаментальной книге «Путь к реальности», написал на последней странице следующие слова:

«Мы все что-то прозевали, что-то очень важное».

И, этим Пенроуз указывает, что определяющие физических полей объединяют физические поля во всевозможные полевые совокупности, чем является «поле инерции» порождающее силы инерции связанные с вращением материи, что провоцируется «торсионными полями» или «силовыми полями». Таким образом всевозможных полей можно найти или вывести до бесконечности, но, они будут всего лишь производными от основных или второстепенных физических полей. Как и можно создать основное поле и назвать это «Эфиром», что будет всего основоположным, а на самом деле будет ложным на фоне объединения основных физических полей создаваемых элементарной материей, ибо в кромешной пустоте и не будет ничего, в смысле даже не будет физических полей.

Вот это и прозвали учёные в погоне за открытием физических полей в полевой физике, или становятся раззявами обыватели в области полевой физики. Как и происходит путаница, что электромагнетизм в атомах первичный, чем гравитация, и начинают выводить уравнения на определяющих электромагнитное поле для гравитационного поля в атомах, вместо того, чтобы выразить просто совокупность этих полей. Или занижают значимость гравитационного поля в атомах, ставя во главу электромагнитное поле, как основу для существования атомов.

Это показывает, что объединение физических полей в совокупность полей посредством совпадающих ярко выраженных определяющих производит взаимодействие всего во Вселенной. Естественно, что ученым кажется воздействие некого своеобразного поля, а на самом деле это воздействие совокупности объединенных полей, выражающиеся от атомных ядер до структуры Вселенной. И, так же связываются совокупностью всевозможных и основных физических полей барионная энергия и материя с темными энергией и материей, доказательством чего являются делаемые выводы и полученные данные на основе взаимодействий этих физических величин и объектов.

Таким образом, даже существование планеты Земля в жизненно райском виде происходит посредством объединения гравитационного и электромагнитного полей, и возможно ещё прочих сильных уже второстепенных физических полей, в «силовое поле», как и планета Земля удерживается «торсионным полем» Солнца миллиарды лет на орбите важной для жизни. И, не будь такой силовой совокупности физических полей, жизни бы на планете Земля не существовало.

Частота поля[править]

Простейшее свойство физического поля – волновое, когда полевая функция периодически меняется во времени и от точки к точке, что в физике называется частота периодического процесса. И, любое состояние поля удобно представить в виде суперпозиции волн. Ведь для волнового движения характерны явления дифракции и интерференции, но, невозможные в классической механике частиц. С другой стороны, динамические характеристики (энергия, импульс, функция и частота) волн как бы «размазаны» в пространстве, а, не локализованы, как у классических частиц.

Такое противопоставление волновых и корпускулярных свойств, присущее классической механике, отражается в качественное различие между физическими полями и частицами. Однако современная наука доказывает, что на малых расстояниях, в атомных масштабах, это различие исчезает, и у поля выявляются корпускулярные свойства (см. эффект Комптона), а у частиц — волновые (см. дифракция).

Функция поля[править]

Функция физического поля сложно выявляемая величина, её только высчитывают математически, но, во взаимодействии гравитационных полей астрономических объектов, функции полей определяют орбиты астрономических объектов или орбиту одного астрономического объекта вокруг другого, что отражается визуально. Так же функции физических полей, потому, что в атоме присутствует два физических поля, которых определяют их функции, и эти функции определяют орбитали электронов в атомах, что выражается электронным строением атомов элементов периодической таблицы Менделеева. Например, функция для гравитационного взаимодействия Эйнштейна известна под названием решение Шварцшильда, и применима для тел, создающих гравитационное поле,

Образуемое характерной функцией физическое поле и зависящее только от координат точек пространства, называется скалярным значением поля. Скалярное значение поля полностью определяется заданием одной функции из трех независимых переменных, и эта функция, независимо от ее физического смысла, выражает потенциал поля.

Вектор поля[править]

Вектор, это направленный поток представляющий собой полевую энергию передаваемую сквозь пространство-время. Каждый определяет вектор магнитного поля планеты Земля, и это делается посредством магнитного компаса, что выражает любое энергетическое поле собственным вектором, как электромагнитное и глюонное поля. Физическое поле связанное с комплексным тензором функции-импульса или энергии-импульса, в каждой точке которого соответствует известная векторная физическая величина, называется вектором поля. Естественно, что вектор физического поля, создаваемый импульсом, определяет напряженность этого поля. Вектор физического поля может быть выражен произведением объемной плотности энергии на скорость распространения поля :

Где, скорость распространения поля равна скорости света:

И, самым важным для научно-технического прогресса, детально изученным физикой и освоенным техникой информационных систем, имеющим вектор поля, является электромагнитное поле. Образным примером применения вектора электромагнитного поля является магнитофон, как образец научно-технического прогресса в передаче и воспроизведении информации, и превосходящий граммофон во многом практическом. Сегодня, даже мало кто задумывается, что благодаря созданию магнитофона был заложен фундамент для создания информатики и компьютерных систем. Правда, в своё время магнитные носители уступили носителям на основе немагнитной записи и передаче информации, но, на сегодняшний день электромагнитное сохранение и передача информации превосходят оптоволоконное и любое другое.

Тензор поля[править]

Деформация гравитационно-магнитной сферы планеты Земля под влиянием Солнечного Ветра.

Тензор энергии-массы или массы-величины физического поля создаёт силу способную искривлять пространство-время, и с этой линейной силой взаимодействуют между физическими объектами одинаковые физические поля, такие поля называются торсионными. Торсионное свойство физического поля, это порождающее кручение пространства или порождённое кручением пространства. Данный термин, как торсионное свойство физического поля, в физику был введён математиком Эли Картаном в начале XX века.

Примером линейной силы гравитационного поля является функция тензора Эйнштейна, как выражение классической силы гравитации или гравитационного взаимодействия, что важно для расчётов взаимодействия гравитационных полей на расстоянии, и влияющих на искривление пространства-времени. Полевая сила делает схожими гравитационное и электромагнитное поля, из-за чего эти поля схожи, но разнятся эти поля тем, что гравитационное поле дополняется функцией поля, а электромагнитное поле – энергией поля, и из-за этого эти поля имеют разное значение в пространстве-времени и влияние на пространство-время. И, торсионные свойства гравитационного и электромагнитного полей способствуют не только существованию атомов водорода, а, и зарождению звёзд, чтобы в недрах звёзд происходил термоядерный синтез более сложных атомов до железа, и, чтобы заканчивалось существование звёзд – звёздным коллапсом, в следствии чего образуются более тяжелые элементы. Как и, торсионные свойства гравитационного и электромагнитного полей планеты Земля способствуют сдерживанию упругого солнечного излучения (Солнечного ветра), чтобы сохранять целостность земной атмосферы и не допускать смертельную волну к поверхности планеты.

Квантовая механика физических полей[править]

Квантовая механика ставит в соответствие каждой частице поле её волновой функции, дающее распределение различных относящихся к частице физических величин. Концепция поля является основной для описания свойств элементарных частиц и их взаимодействий. Конечная цель в этом случае – нахождение свойств частиц из уравнений поля и перестановочных соотношений, определяющих квантовые свойства материн. Возможный вид уравнений поля ограничен принципами симметрии и инвариантности, являющимися обобщением экспериментальных данных.

Лоренц-ковариантность, например требует, чтобы волновые функции частиц преобразовались по неприводимым представлениям группы Лоренца. Таких представлений бесконечно много, однако только часть из них реализована в природе и соответствует тем или иным элементарным частицам. Поэтому, попытки построения теорий, не удовлетворяющих этим требованиям нелинейной, нелокальной и т. п. теорий поля, влекут за собой пересмотр ряда важнейших принципов.

  • «Тензорный анализ для физиков.», Я. А. Схоутен, издательство: Наука, 1965 год.
  • «Теория тяготения и эволюция звезд.», Я. Б. Зельдович, И. Д.Новиков, издательство: Наука, 1971 год.
  • «Теоретическая физика.» (в десяти томах, Физика и астрономия.), Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, издательство: Наука 1973 год.
  • «Курс общей физики.» (в трёх томах), И. В. Савельев, издательство: Лань 1977-1979 годы.
  • «Теория поля.», Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, издание 7-е, издательство: Наука, 1988 год.
  • «Квантовая электродинамика. Теоретическая физика.» Том 4, В. Б. Берестецкий. Е. М. Лифшиц, Л. П.Питаевский, издательство: НАУКА, 1989 год.
  • «Путь к Реальности.», Р. Пенроуз, издательство: Институт компьютерных исследований, 2007 год.
  • «Электростатика.», Р. К. Бега, В. В. Лебедев, И. Н. Хлюстиков, издательство: МЦНМО, 2008 год.
  1. ↑ В частности в труде Ю. Иванова «Ритмодинамика» есть глава в которой приводиться обоснование вывода о том, что Специальная Теория Относительности есть частный случай теории Эфира. В этом же плане имеется труд «Общая эфиродинамики», В. А. Ацюковского, издательство: Энергоатомиздат, 1990 год.
  2. ↑ Такие потоки электронов можно увидеть на Солнце, когда происходит переход электронов от одного магнитного пятна к другому, что по своей сути являются магнитным диполем гигантских размеров.

—Kot Da Vinchi (обсуждение)

www.wikiznanie.ru

Физическое поле Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Поле.

По́ле в физике — физический объект, классически описываемый математическим скалярным, векторным, тензорным, спинорным полем (или некоторой совокупностью таких математических полей), подчиняющимся динамическим уравнениям (уравнениям движения, называемым в этом случае уравнениями поля или полевыми уравнениями — обычно это дифференциальные уравнения в частных производных). Другими словами, физическое поле представляется некоторой динамической физической величиной[1] (называемой полевой переменной[2]), определённой во всех[3] точках пространства (и принимающей, вообще говоря, разные значения в разных точках пространства, к тому же меняющейся со временем[4]).[источник не указан 1851 день]

В квантовой теории поля — полевая переменная может рассматриваться формально подобно тому, как в обычной квантовой механике рассматривается пространственная координата, и полевой переменной сопоставляется квантовый оператор соответствующего названия.

Полевая парадигма, представляющая всю физическую реальность на фундаментальном уровне сводящейся к небольшому количеству взаимодействующих (квантованных) полей, является не только одной из важнейших в современной физике, но, пожалуй, безусловно главенствующей[5].

  • Проще всего наглядно представить себе поле (когда речь идет, например, о фундаментальных полях, не имеющих очевидной непосредственной механической природы[6]) как возмущение (отклонение от равновесия, движение) некоторой (гипотетической или просто воображаемой) сплошной среды, заполняющей всё пространство. Например, как деформацию упругой среды, уравнения движения которой совпадают с или близки к полевым уравнениям того более абстрактного поля, которое мы хотим наглядно себе представить. Исторически такая среда называлась эфиром, однако впоследствии термин практически полностью вышел из употребления[7], а его подразумеваемая физически содержательная часть слилась с самим понятием поля. Тем не менее, для принципиального наглядного понимания концепции физического поля в общих чертах такое представление полезно, с учетом того, что в рамках современной физики такой подход обычно принимается по большому счету лишь на правах иллюстрации[8].

Физическое поле, таким образом, можно характеризовать как распределенную динамическую систему, обладающую бесконечным числом степеней свободы.

Роль полевой переменной для фундаментальных полей часто играет потенциал (скалярный, векторный, тензорный), иногда — величина, называемая напряжённостью поля. (Для квантованных полей в некотором смысле обобщением классического понятия полевой переменной также является соответствующий оператор).

Также полем в физике называют физическую величину, рассматриваемую как зависящую от места: как полный набор, вообще говоря, разных значений этой величины для всех точек некоторого протяженного непрерывного тела — сплошной среды, описывающий в своей совокупности состояние или движение этого протяженного тела[9]. Примерами таких полей может быть:

  • температура (вообще говоря разная в разных точках, а также и в разные моменты времени) в некоторой среде (например, в кристалле, жидкости или газе) — (скалярное) поле температуры,
  • скорость всех элементов некоторого объёма жидкости — векторное поле скоростей,
  • векторное поле смещений и тензорное поле напряжений при деформации упругого тела.

Динамика таких полей также описывается дифференциальными уравнениями в частных производных, и исторически первыми, начиная с XVIII века, в физике рассматривались именно такие поля.

Современная концепция физического поля выросла из идеи электромагнитного поля, впервые осознанной в физически конкретном и сравнительно близком к современному виде Фарадеем, математически же последоват

ru-wiki.ru

ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ — это… Что такое ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ?

— физ. системы, обладающие бесконечно большим числом степеней свободы. Относящиеся к такой системе физ. величины не локализованы на к.-л. отдельных материальных частицах с конечным числом степеней свободы, а непрерывно распределены по нек-рой области пространства. Примерами таких систем могут служить гравитац. и эл.-магн. поля и волновые поля частиц в квантовой физике (электрон-но-позитронное, мезонное и т. п.). Для описания П. ф. в каждый момент времени необходимо задать одну или неск. физ. величин в каждой точке области, где имеется поле, т. е. задать полевую ф-цию. Пока речь идёт о нерелятивистских процессах, понятие поля можно не вводить. Напр., при рассмотрении гравитац. или куло-новского взаимодействия двух частиц можно считать, что сила взаимодействия возникает лишь при наличии обеих частиц, полагая, что пространство вокруг частиц не играет особой роли в передаче взаимодействия. Такое представление соответствует концепции дальнодействия, или действия на расстоянии. Понятие о дальнодействии, однако, является приближением, только в нерелятивистском случае физически эквивалентным представлению о том, что действие заряда проявляется лишь при помещении 2-й, пробной, частицы в область пространства, свойства к-рого уже изменены из-за наличия 1-й частицы. Взаимодействие при этом передаётся постепенно, от точки к точке, в таком изменённом пространстве. Это и означает, что 1-я частица создаёт вокруг себя силовое гравитац. или электрич. поле. Эта концепция близкодействия находит подтверждение при рассмотрении релятивистских процессов. В этом случае, т. е. при движении источников со скоростью, сравнимой со скоростью передачи взаимодействия, говорить о дальнодействии уже нельзя. Именно, изменение состояния одной частицы сопровождается, вообще говоря, изменением её энергии и импульса, а изменение силы, действующей на др. частицу, наступает лишь через конечный промежуток времени. Доли энергии и импульса, отданные одной частицей и ещё не принятые 2-й, принадлежат в течение этого времени переносящему их полю. Поле, переносящее взаимодействие, является, т. о., само по себе физ. реальностью.

Понятие поля применимо при описании свойств всякой сплошной среды. Если сопоставить с каждой точкой среды определяющие её состояние физ. величины (темп-ру, давление, натяжения и т. п.), то получится поле этих величин. В этом случае роль упругой среды для передачи взаимодействия очевидна. Первонач. трудность представить себе немеханич. среду, способную переносить энергию и импульс, породила разл. механич. модели эфира как среды, переносящей эл.-магн. взаимодействия. Однако все механич. модели эфира противоречат принципу относительности Эйнштейна (см. Относительности теория), и от них пришлось отказаться.

Простейший тип движения поля — волновое, для к-рого полевая ф-ция периодически меняется во времени и от точки к точке. Вообще, любое состояние поля удобно представить в виде суперпозиции волн. Для волнового движения характерны явления дифракции и интерференции, невозможные в классич. механике частиц. С др. стороны, динамич. характеристики (энергия, импульс и т. д.) волн «размазаны» в пространстве, а не локализованы, как у классич. частиц.

Такое противопоставление волновых и корпускулярных свойств, присущее классич. механике, отражается в ней как качеств. различие между П. ф. и частицами. Однако опыт показывает, что на малых расстояниях, в атомных масштабах, это различие исчезает: у ноля выявляются корпускулярные свойства (см., напр., Комптона эффект), у частиц — волновые (см. Дифракция частиц).

Квантовая механика ставит в соответствие каждой частице поле её волновой ф-ции, дающее распределение различных, относящихся к частице физ. величии. Концепция поля является основной для описания свойств элементарных частиц и их взаимодействий. Конечная цель в этом случае — нахождение свойств частиц из ур-ний поля и перестановочных соотношений, определяющих квантовые свойства материн. Возможный вид ур-ний поля ограничен принципами симметрии и инвариантности, являющимися обобщением эксперим. данных. Лоренц-ковариантность, напр., требует, чтобы волновые ф-ции частиц преобразовались по неприводимым представлениям группы Лоренца. Таких представлений бесконечно много, однако только часть из них реализована в природе и соответствует тем или иным элементарным частицам. Реально используются наиб. простые ур-ния полей, являющиеся локальными и перенормируемыми. Попытки построения теорий, не удовлетворяющих этим требованиям,- нелинейной, нелокальной и т. п. теорий поля — влекут за собой пересмотр ряда важнейших принципов, существенных при физ. интерпретации теории (принцип суперпозиции, положительность нормы волновой ф-ции и т. д.).

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц E. М., Теория поля, 7 изд., М., 1988; Боголюбов Н. Н., Ширков Д. В., Введение в теорию квантовых полей, 4 изд., М., 1984; Медведев Б. В., Начала теоретической физики, М., 1977; Боголюбов Н. Н., Ширков Д. В., Квантовые поля, М., 1980.

В. П. Павлов.


Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.
Главный редактор А. М. Прохоров.
1988.

dic.academic.ru

Физические поля — это… Что такое Физические поля?



Физические поля

пространство, в котором проявляются физические свойства материального объекта в результате его взаимодействия с окружающей средой. Основные виды Ф.п.: акустические, электромагнитные, магнитные, электрические, тепловые, динамические и гравитационные. Они являются объективным проявлением объекта и используются для его обнаружения, опознавания и наблюдения за его деятельностью.



EdwART.
Словарь терминов МЧС,
2010

  • Физическая защита атомной электростанции
  • Физическое загрязнение

Смотреть что такое «Физические поля» в других словарях:

  • Физические поля —    пространство, в котором проявляются физические свойства материального объекта в результате его взаимодействия с окружающей средой. Основными ФП являются: акустические, электромагнитные, магнитные, электрические, тепловые, динамические и… …   Гражданская защита. Понятийно-терминологический словарь

  • Физические поля корабля — (судна) пространство, в котором проявляются физические свойства, присущие кораблю как материальному объекту или возникающие в результате его взаимодействия с окружающей средой. Основными физическими полями корабля (судна) являются: акустическое,… …   Морской словарь

  • физические поля земли — представлены гравитационным, магнитным, геометрическим и электрическим полями и изучаются соответствующими отраслями наук. Гравиметрия изучает закономерности пространственного строения и изменения гравитационного поля Земли и определяет фигуру… …   Географическая энциклопедия

  • Физические поля корабля — пространство, в котором проявляются физические свойства, присущие кораблю как материальному объекту или возникающие в результате его взаимодействия с окружающей средой. Основными Ф. п. корабля являются: акустическое, гидроакустическое,… …   Словарь военных терминов

  • поля геофизические — Различные естественные и искусственные физические поля, обусловленные взаимодействием нейтральных или заряженных материальных тел, элементарных частиц и квантов энергии. Примечание К геофизическим полям относятся: гравитационные, магнитные,… …   Справочник технического переводчика

  • ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ — особая форма материи; физ. система с бесконечно большим числом степеней свободы. Примерами П. ф. могут служить эл. магн, и гравитац. поля, поле яд. сил, а также волновые (квантованные) поля, соответствующие разл. элем. ч цам. Понятие поля… …   Физическая энциклопедия

  • ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ — ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ, особая форма материи, создаваемая так называемыми источниками поля физического, например: электрическое и магнитное поле создается заряженными частицами, а гравитационное любыми частицами, обладающими массой. Поле физическое… …   Современная энциклопедия

  • Поля физические — ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ, особая форма материи, создаваемая так называемыми источниками поля физического, например: электрическое и магнитное поле создается заряженными частицами, а гравитационное любыми частицами, обладающими массой. Поле физическое… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • Физические свойства —         горных пород (a. physical properties of rocks; н. physische Eigenschaften der Gesteine; ф. proprietes physiques des roches; и. caracteristicas fisicas de rocas, propiedades fisicas de rocas, particularidades fisicas de rocas) внутренние,… …   Геологическая энциклопедия

  • Поля физические —         особая форма материи; физическая система, обладающая бесконечно большим числом степеней свободы. Примерами П. ф. могут служить электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, а также волновые (квантованные) поля, соответствующие …   Большая советская энциклопедия

Книги

  • Физические поля. Материалистическая концепция классической физики, А. А. Лучин. Со времен Фарадея о полях написано много, но все неверно. Техника опять пришла на помощь науке и начала создавать поля в электронике и радиотехнике, нужные для быта, производства и обороны.… Подробнее  Купить за 404 грн (только Украина)
  • Физические поля. Материалистическая концепция классической физики, А. А. Лучин. Со времен Фарадея о полях написано много, но все неверно. Техника опять пришла на помощь науке и начала создавать поля в электронике и радиотехнике, нужные для быта, производства и обороны.… Подробнее  Купить за 359 руб
  • Физические поля. Материалистическая концепция классической физики, Лучин А.А.. Со времен Фарадея о полях написано много, но все неверно. Техника опять пришла на помощь науке и начала создавать поля в электронике и радиотехнике, нужные для быта, производства и обороны.… Подробнее  Купить за 322 руб

Другие книги по запросу «Физические поля» >>

dic.academic.ru

ПОЛЕ ФИЗИЧЕСКОЕ это что такое ПОЛЕ ФИЗИЧЕСКОЕ: определение — Философия.НЭС

ПОЛЕ ФИЗИЧЕСКОЕ

одно из осн. понятий физики, возникшее во 2-й пол. 17 в. [хотя термин «П. ф.» был введен в физику значительно позднее англ. физиком Дж. К. Максвеллом; в математике появление; термина «поле» связано с работой англ. математика У. Р. Гамильтона «О кватернионах» (W. R. Hamilton, Lectures on quarternions, Dublin, 1853)]. С этого времени понятие П. ф. неоднократно изменяло свой смысл, сохранив, однако, на всех этапах этого изменения тесную связь с понятием пространства, выражающуюся в использовании понятия П. ф. для характеристики пространственно непрерывного распределения физич. величин. Представления совр. физики о П. ф. развертываются по двум существенно различным линиям – к л а с с и ч е с к о й и к в а н т о в о й. Классическая линия развития понятия П. ф. Эта линия начинается с установления Ньютоном закона всемирного тяготения (1687), который позволил вычислять П. ф. сил тяготения. Она продолжается в гидродинамич. работах Эйлера (50-е гг. 18 в.), рассматривавшего распределение скоростей в пространстве, заполненном движущейся идеальной жидкостью (поле скоростей). Наибольшие заслуги в становлении понятия П. ф. принадлежат англ. физику М. Фарадею (30-е гг. 19 в.), детально разработавшему понятие о силовых линиях П. ф. Классич. линия развития понятия П. ф. разветвляется на две. Главная ветвь связана с изучением П. ф. электрических и магнитных сил (закон Кулона, 1785), к-рые считались сначала независимыми, но благодаря работам дат. физика X. Эрстеда (1821), франц. физика А. Ампера (1826) и Фарадея (1831) они стали рассматриваться совместно – как компоненты единого электромагнитного П. ф. В этот период смысл понятия П. ф. зависел от представлений о природе действия сил. В концепции дальнодействия, восходящей к Ньютону, понятие П. ф. играло вспомогат. роль, оно служило лишь сокращенным обозначением области пустого пространства, в к-ром могут проявиться дальнодействующие силы. Зная потенциал П. ф., можно было вычислить в каждой точке пространства силу, действующую на помещенное туда тело, не обращаясь к закону взаимодействия тел. Носителями атрибутов физич. реальности (массы, энергии, импульса, заряда, силы) в этой концепции были тела, взаимодействующие на расстоянии без помощи к.-л. посредствующих агентов. При отсутствии хотя бы одного из взаимодействовавших тел отсутствовали и силы, т.е. П. ф. не имело самостоят. существования. В концепции близкодействия, берущей начало от Декарта, взаимодействие осуществлялось посредством изменения состояния промежуточной среды – эфира, заполняющего все пространство. Носителями энергии в этой концепции были не только взаимодейств. тела, но и окружающий их эфир, так что наряду с п о л е м с и л можно было говорить и о п о л е э н е р г и и. При этом как в механич. теориях, объяснявших возникновение сил механич. перемещением и упругим натяжением эфира, так и в чисто электромагнитных теориях, оставлявших эфир неподвижным и не деформируемым, П. ф. было по-прежнему лишено самостоят. существования. Будучи характеристикой изменения состояния эфира – субстанции, обладавшей первичной реальностью, П. ф. имело онтологич. статус его аттрибута, т.е. обладало только вторичной реальностью. Изменение это вызывалось дискретными источниками П. ф. – токами и зарядами, так что П. ф., неразрывно связанное с ними, в свободном от источников П. ф. эфире не существовало. Следующий шаг в развитии классич. понятия П. ф. связан с достижениями теории свободного динамич. электромагнитного П. ф. (электромагнитных волн, частным случаем к-рых является свет), к-рое, будучи создано, может существовать вне зависимости от породивших его источников (Максвелл, 1864; Герц, 1888). Благодаря этому стало возможным приписать П. ф. импульс. Однако поскольку эфир продолжал выполнять функцию материального носителя и для динамич. П. ф., последнее по-прежнему было лишено самостоят. существования, так что импульс П. ф. (равно как и его энергия) фактически был характеристикой не П. ф., а эфира. Вследствие этого выражение «энергия поля» следовало понимать не в его буквальном смысле, а как «поле энергии». Классич. теория электромагнитного П.ф. была завершена работами А. Эйнштейна по спец. относительности теории (1905). Лишение эфира функции быть абс. системой отсчета создало возможность для приписывания П. ф. самостоят. существования. Хотя такое решение и не диктовалось необходимостью, оно все же было принято большинством физиков. Превратившись из состояния материальной субстанции (эфира) в самостоят. материальную субстанцию, электромагнитное П. ф. разделило с веществом функции носителя энергии, импульса и массы. Энергия и импульс продолжают оставаться характеристиками движения. [Иногда статус материальной субстанции приписывают не П. ф., а энергии. Тем самым движение (энергия) (см. Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1964, с. 45, 78, 168) превращается из атрибута в субстанцию. В этом случае П. ф. по-прежнему не имеет самостоят. существования, а служит характеристикой непрерывного распределения энергии в пространстве, что опять делает более правильным выражение «поле энергии», а не «энергия поля». Направление, приписывающее энергии статус субстанции, иногда отождествляется с энергетизмом).] Вторая ветвь классич. линии развития понятия П. ф. связана с достижениями в области теоретич. исследования П. ф. сил тяготения (гравитационного П. ф.). Начиная с Ньютона и вплоть до работ Эйнштейна по общей теории относительности (10-е гг. 20 в.) тяготение трактовалось на основе представления о дальнодействующих силах и не поддавалось включению в рамки концепции близкодействия. Опираясь на факт равенства инертной и тяжелой массы, Эйнштейн сформулировал реляти- вистскую теорию гравитац. П. ф., в к-рой как гравитационное П. ф., так и геометрич. св-ва пространства описываются одной и той же величиной. Это позволяет сделать новый шаг в развитии понятия П. ф. по сравнению с тем, что было достигнуто в классич. релятивистской теории электромагнетизма. Спец. теория относительности впервые вскрыла фундаментальную роль электромагнитного П. ф. в установлении метрических характеристик пространства и времени, зависящих, как оказалось, от скорости света. Но в ней пространственно-временной континуум по-прежнему оставался независимым элементом физич. реальности, служа лишь ареной взаимодействия П. ф. и вещества. Его можно было рассматривать как нечто абсолютное, ибо П. ф. и вещество существовали в пространстве – времени. В общей теории относительности пространственно-временной аспект реальности полностью выражается гравитац. П. ф., зависящим от четырех координат-параметров (три пространственных и одна временная). «…Он есть свойство этого поля. Если мы представим себе, что поле удалено, то не останется и «пространства», т.к. пространство не имеет независимого существования» (Эйнштейн ?., Сущность теории относительности, М., 1955, с. 147). То же самое, очевидно, можно сказать и о времени. Наличие в классич. физике двух видов физич. реальности, коренным образом различающихся по своей пространственной структуре (П. ф. и вещества), а также двух качественно различных типов П. ф. (электромагнитного и гравитационного) породило многочисл. попытки построить последовательную единую теорию П. ф., в к-рой гравитация и электромагнетизм, с одной стороны, должны быть не логически разобщенными видами П. ф., а различными аспектами одного, единого П. ф.; с др. стороны, частицы вещества должны трактоваться в ней как особые области П. ф., так что П. ф. и его источники, трактуемые как особые точки (сингулярности) П. ф., были бы единств. средством описания физич. реальности. Однако отсутствие успехов в последоват. и убедит. выполнении такой программы породило сильный скептицизм по отношению к ней, так что в наст. время она имеет не много сторонников. Квантовая линия развития п о н я т и я П. ф. Эта линия, продолжающаяся и в наст. время, возникла в связи с потребностью интерпретировать результаты опытов по изучению фотоэффекта. Вплоть до работ Л. де Бройля (1924) представление о свете как потоке пространственно-дискретных частиц (фотонов), введенное Эйнштейном в 1905 для объяснения этих опытов, казалось несовместимым с классич. представлением о свете как пространственно непрерывном П. ф. Де Бройль предположил, что с каждой частицей (а не только с фотоном) связано волновое П. ф. Корпускулярно-волновой дуализм стал существенной чертой и в нерелятивистской квантовой механике. Однако ?-поле в ней не так прямолинейно онтологизируется, как у де Бройля и развивавших его идеи Э. Шредингера (1926, 1952) и Д. Бома (1952). Согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики, разделяемой в наст. время подавляющим большинством ученых, ?-поле представляет собой т.н. п о л е вероятности (см. Микрочастицы). В релятивистской квантовой теории на совр. этапе ее развития квантовая теория волновых П. ф. является единств. способом описания элементарных частиц и их взаимодействий. В ее рамках понятие П. ф. претерпевает дальнейшее развитие. Благодаря волновым св-вам любых элементарных частиц и квантовым (корпускулярным) св-вам всех П. ф., каждое П. ф. (в прежнем, классич. смысле) является в то же время коллективом частиц, а каждый набор частиц (в прежнем, классич. понимании) представляет собой П. ф. Т.о., релятивистская квантовая теория на новой основе возвращается к онтологизации корпускулярно-волнового дуализма, трактуя ?-поле Шредингера как классич. П. ф. материи (см. Э. Хенли и В. Тирринг, Элементарная квантовая теория поля, М., 1963, с. 19). Существенно, что онтологич. равноправие частиц и П. ф. имеет место лишь при учете т.н. в и р т у а л ь н ы х ч а с т и ц. Если же учитывать только р е а л ь н ы е ч а с т и ц ы, то П. ф. оказывается онтологически более существенным, ибо оно имеет вакуумное состояние, в к-ром отсутствуют реальные частицы (но имеется неопределенное переменное количество виртуальных частиц, существование к-рых проявляется во флуктуациях вакуумного состояния П. ф.). Нередко проводят различия между П. ф. частиц-источников взаимодействия и П. ф. частиц- п е р е н о с ч и к о в взаимодействия. Это связано с трактовкой взаимодействия между частицами-источниками как обмена виртуальными квантами П.ф., служащего переносчиком взаимодействия. При достаточной интенсивности взаимодействия (мерой интенсивности служит энергия) виртуальные кванты могут превращаться в реальные, давая начало существованию т.н. свободных П. ф. Свободные П. ф., описывающие состояние частиц до и после взаимодействия, не являются наблюдаемыми, ибо наблюдение в квантовой механике неотъемлемо от взаимодействия. Последнее же, с т. зр. квантовой теории П. ф., есть не что иное, как превращение одного определ. состояния П. ф. (совокупности частиц) в другое. Взаимодействие П. ф. обычно интерпретируют на основании представления о поглощении и испускании частиц. Эти частицы могут быть как реальными, так и виртуальными. У виртуальных частиц энергия и импульс подчиняются законам сохранения лишь с точностью до неопределенностей соотношения, поэтому на малых расстояниях может происходить обмен очень большим количеством виртуальных частиц. Это приводит к тому, что при наличии взаимодействий теряется отмеченная выше простая связь между частицами и П. ф. Взаимодействующие частицы (а также одна реальная частица, в отсутствии других взаимодействующая с вакуумом, а также со своим собств. П. ф., источником к-рого она сама является) окружены облаком виртуальных частиц. Строго говоря, с реальной частицей нельзя больше сопоставлять одно отд. П. ф. Др. словами, в ее образ входят в той или иной мере П. ф. всех др. элементарных частиц. Осн. трудности совр. квантовой теории П. ф. заключаются в отсутствии методов точного решения уравнений взаимодействующих П. ф. В квантовой электродинамике (теории взаимо-действия электромагнитного и электронно-позитронного П. ф.) приблизительное решение таких уравнений облегчается малостью силы взаимодействия, что позволяет использовать упрощенную модель взаимодействия (теорию возмущений). В теории же сильных взаимодействий, где квантовая теория П. ф. представляет собой лишь схему, до сих пор не решено строго ни одной задачи без предположения о малости взаимодействия. Необходимость привлечения всех П. ф. (в т.ч. и гравитационного, к к-рому также применим квантовый подход) для точного описания взаимодействий элементарных частиц породила стремление построить единую квантовую теорию. П. ф., к-рая не брала бы из опыта весь спектр масс и спинов элементарных частиц, а получила бы его автоматически. Наиболее известная попытка в этом направлении принадлежит Гейзенбергу (теория единого нелинейного спипорного П. ф. – «праматерии»), к-рая, однако, пока не принесла ощутимых физич. результатов. Упомянутые трудности квантовой теории П. ф. вызвали к жизни идею заменить попытки решения уравнений для операторов П. ф. построением такой системы уравнений, к-рая бы опиралась только на общие св-ва матрицы рассеяния (S-матрицы), непосредственно связывающей состояние свободного П. ф. до и после взаимодействия и не претендовала бы на детальное пространственно-временное описание процессов взаимодействия. На этом пути в наст. время нек-рыми учеными выдвигаются радикальные требования вообще отказаться от применения понятия П. ф. Это делается на основании допущения, что понятие пространственно-временного континуума не имеет физич. смысла в совр. микрофизике и по своему статусу похоже на понятие эфира в физике 19 в. (см. G. F. Chew, The dubious role of space-time continuum in microscopic physics, в журн.: «Science Progress», 1963, v. 51, No 204, p. 529). При этом отказ от использования пространственно-временных представлений (и вместе с ним представления о П. ф.) в микрофизике, разумеется, никоим образом не означает отказа от использования их в макрофизике (см. там жеи Е. I. Zimmerman, The macroscopio nature of space-time, в журн.: «American Journal of Physics», 1962, v. 30, p. 97). Однако большинство ученых по-прежнему считает необходимым использовать понятие П. ф. (а вместе с ним, естественно, и пространственно- временное представление) в качестве онтологич. основы для описания взаимодействия элементарных частиц. На этом пути в теории П. ф. возникает, в частности, интересная идея о существовании в природе т.н. к о м п е н с и р у ю щ и х П.ф., каждое из к-рых ответственно за сохранение той или иной фундаментальной физич. величины при взаимодействиях. Комплекс методологич. проблем, возникающих в связи с совр. представлениями о П. ф., чрезвычайно многогранен. Он включает проблему интерпретации крайне абстрактного математич. аппарата совр. теории П. ф. (в частности, сюда относится вопрос об онтологич. статусе виртуальных частиц) и проблему приемов описания взаимодействия (гамильтонов формализм или S-матрица?). Последняя проблема аналогична старой проблеме выражения движения в логике понятий, зафиксированной в апориях Зенона Элейского: как описывать взаимодействие – через его результаты (S-матрица) или через его пространственно-временное протекание (гамильтонов формализм). Сюда же относится и проблема адекватности описания взаимодействия на основе отд. представлений о П. ф. и о его источнике, поставленная Паули еще в 30-х гг. Дискуссии по всем этим и многим др. методологич. проблемам теории П. ф. продолжаются и еще далеки от своего завершения. Лит.: Максвелл Д. К., Избр. соч. по теории электромагнитного поля, пер. [с англ.], М., 1954; Эйнштейн ?., Инфельд Л., Эволюция физики, пер. с англ., 2 изд., М., 1956; Овчинников ?. ?., Понятие массы и энергии в их историч. развитии и филос. значении, М., 1957, с. 177; Марковы. ?., Гипероны и К-мезоны, М., 1958; его же, О совр. форме атомизма, «ВФ», 1960, No 3, 4; Штейнман Р. Я., Пространство и время, М., 1962, с. 68, 143; Кузнецов Б.Г., Развитие физич. идей от Галилея до Эйнштейна в свете совр. науки, М., 1963, гл. 2, 3, 4; Whittaker ?., The history of the theories of aether and electricity. The classical theories, L.– [a. o.], 1951.

Оцените определение:

Источник: Философская Энциклопедия. В 5-х т.

terme.ru

Физика полей — Дом Солнца

Коль скоро мы перешли к физическим ос-новам концепции современного естество-знания, то, как вы наверное успели заме-тить, в физике существует некоторое коли-чество, казалось бы, простых, но фунда-ментальных понятий, которые, однако, не так-то просто сразу понять. К ним относят-ся постоянно рассматриваемые в нашем курсе пространство, время и вот теперь другое фундаментальное понятие — поле. В механике дискретных объектов, механике Галилея, Ньютона, Декарта, Лапла-са, Лагранжа, Гамильтона и других ме-хаников физического классицизма, мы бы-ли согласны с тем, что силы взаимодейст-вия между дискретными объектами вызы-вают изменение параметров их движения (скорость, импульс, момент импульса), ме-няют их энергию, совершают работу и т.д. И это в общем-то было наглядно и понятно. Однако с изучением природы электричест-ва и магнетизма возникло понимание, что взаимодействовать между собой электриче-ские заряды могут без непосредственного контакта. В этом случае мы как бы перехо-дим от концепции близкодействия к бес-контактному дальнодействию. Это и приве-ло к понятию поля.

Формальное определение этого понятия звучит так: физическим полем называется особая форма материи, связывающая час-тицы (объекты) вещества в единые системы и передающая с конечной скоростью дейст-вие одних частиц на другие. Правда, как мы уже отмечали, такие определения слишком общие и не всегда определяют глубинную да и конкретно-практическую сущность понятия. Физики с трудом отказывались от идеи физического контактного взаимодей-ствия тел и вводили для объяснения раз-личных явлений такие модели как электри-ческую и магнитную «жидкость», для рас-пространения колебаний использовали представление о механических колебаниях частичек среды — модели эфира, оптических флюидов, теплорода, флогистона в тепло-вых явлениях, описывая их тоже с механи-ческой точки зрения, и даже биологи вво-дили «жизненную силу» для объяснения процессов в живых организмах. Все это ни что иное, как попытки описать передачу действия через материальную («механиче-скую») среду.

Однако работами Фарадея (эксперимен-тально), Максвелла (теоретически) и мно-гих других ученых было показано, что су-ществуют электромагнитные поля (в том числе и в вакууме) и именно они переда-ют электромагнитные колебания. Выясни-лось, что и видимый свет есть эти же элек-тромагнитные колебания в определенном диапазоне частот колебаний. Было установ-лено, что электромагнитные волны делятся на несколько видов в шкале колебаний: ра-диоволны (103 — 10-4), световые волны (10-4 — 10-9 м), ИК ( 5 &#215;10-4 — 8 &#215;10-7 м), УФ (4 &#215;10-7 — 10-9 м), рентгеновское излучение (2 &#215;10-9 — 6 &#215;10-12 м), &#947;-излучение (< 6 &#215;10-12 м).

Так что же такое поле? Лучше всего вос-пользоваться неким абстрактным представ-лением, и в этой абстракции опять же нет ничего необычного или непонятного: как мы увидим дальше, такие же абстракции используются в построении физики микро-мира и физики Вселенной. Проще всего сказать, что поле — это любая физическая величина, которая в разных точках про-странства принимает различные значения. Например температура — это поле (в дан-ном случае скалярное), которое можно опи-сать как Т = Т(x, y, z), или, если оно меня-ется во времени, Т = Т (x, y, z, t). Могут быть поля давлений, в том числе и атмо-сферного воздуха, поле распределения лю-дей на Земле или различных наций среди населения, распределения оружия на Земле, разных песен, животных, всего чего угодно. Могут быть и векторные поля, как, напри-мер, поле скоростей текущей жидкости. Мы знаем уже, что скорость (x, y, z, t)есть вектор. Поэтому мы записываем скорость движения жидкости в любой точке про-странства в момент t в виде (x, y, z, t). Аналогично могут быть представлены и электромагнитные поля. В частности, элек-трическое поле — векторное, так как куло-новская сила между зарядами — естественно, вектор:

(1.3.1)
Немало изобретательности было потрачено на то, чтобы помочь людям мысленно представить поведение полей. И оказалось, что самая правильная точка зрения — это самая отвлеченная: надо просто рассматри-вать поле как математические функции координат и времени какого-то параметра, описывающего явление или эффект.

Однако можно предположить и наглядную простую модель векторного поля и его опи-сания. Можно построить мысленную кар-тину поля, начертив во многих точках про-странства векторы, которые определяют какую-то характеристику процесса взаимо-действия или движения (для потока жидко-сти — это вектор скорости движущегося по-тока частиц, электрические явления можно модельно рассматривать как заряженную жидкость со своим вектором напряженно-сти поля и т.д.). Заметим, что метод оп-ределения параметров движения через ко-ординаты и импульс в классической меха-нике — это метод Лагранжа, а определение через векторы скоростей и потоки — это ме-тод Эйлера. Такое модельное представле-ние легко вспомнить из школьного курса физики. Это, например, силовые линии электрического поля (рис. ). По густоте этих линий (точнее касательных к ним) мы можем судить об интенсивности течения жидкости. Число этих линий на единицу площади, расположенной перпендикуляро к силовым линиям, будет пропорционально напряженности электрического поля Е. Хо-тя картина силовых линий, введенных Фарадеем в 1852 г., очень наглядна, следует понимать, что это лишь условная картина, простая физическая модель (и следователь-но, абстрактная), так как, конечно, не суще-ствует в природе каких-то линий, нитей, простирающихся в пространстве и способ-ных оказать воздействие на другие тела. Силовых линий в действительности не су-ществует, они лишь облегчают рассмотре-ние процессов, связанных с полями сил.

Можно пойти и дальше в такой физической модели: определить сколько жидкости вте-кает или вытекает из некоторого объема вокруг выбранной точки в поле скоростей или напряженностей. Это связано с понят-ным представлением о наличии в каком-то объеме источников жидкости и ее стоков. Такие представления приводят нас к широ-ко используемым понятиям векторного анализа полей: потока и циркуляции. Не-смотря на некоторую абстракцию, на самом деле они наглядны, имеют понятный физи-ческий смысл и достаточно просты. Под потоком понимают общее количество жид-кости, вытекающей в единицу времени че-рез некоторую воображаемую поверхность около выбранной нами точки. Математиче-ски это записывается так:

(1.3.2)
т.е. это количество (поток Фv ) равно сум-марному произведению (интегралу) скоро-сти на поверхность ds, через которую жи-кость вытекает.

С понятием потока связано и понятие цир-куляции. Можно задаться вопросом: цирку-лирует ли, приходит ли наша жидкость сквозь поверхность выбранного объема? Физический смысл циркуляции состоит в том, что она определяет меру движения (т.е. опять-таки связана со скоростью) жид-кости через замкнутый контур (линию L, в отличие от потока через поверхность S). Математически это тоже можно записать: циркуляция по L

(1.3.3)
Конечно, Вы можете сказать, что эти поня-тия потока и циркуляции чересчур все же абстрактны. Да, это так, но все же лучше пользоваться абстрактными представле-ниями, если они дают в конце концов пра-вильные результаты. Жаль, конечно, что они есть абстракция, но пока ничего не по-делаешь.

Тем не менее, оказывается, что пользуясь этими двумя понятиями потока и циркуля-ции, можно придти к знаменитым четырем уравнениям Максвелла, которые описы-вают практически все законы электриче-ства и магнетизма через представление по-лей. Там, правда, используются еще два по-нятия: дивергенция — расхождение (на-пример, того же потока в пространстве), описывающая меру источника, и ротор — вихрь. Но они нам для качественного рас-смотрения уравнений Максвелла не пона-добятся. Мы, естественно, приводить их, а тем более запоминать, в нашем курсе не будем. Более того, из этих уравнений выте-кает, что электрическое и магнитное поля связаны друг с другом, образуя единое электромагнитное поле, в котором распро-страняются электромагнитные волны, со скоростью, равной скорости света с = 3 &#215;108 м/с. Отсюда, кстати, и был сделан вы-вод об электромагнитной природе света.

Уравнения Максвелла являются математи-ческим описанием экспериментальных за-конов электричества и магнетизма, уста-новленных ранее многими учеными ( Ам-пер, Эрстед, Био — Савар, Ленц и другие), и во многом Фарадеем, про кото-рого говорили, что он не успевает записы-вать то, что открывает. Надо заметить, что Фарадей сформулировал идеи поля, как но-вой формы существования материи, не только на качественном, но и количествен-ном уровне. Любопытно, что свои научные записи он запечатал в конверт, просив вскрыть его после смерти. Это было сдела-но, однако, лишь в 1938 г. Поэтому спра-ведливо считать теорию электромагнитного поля теорией Фарадея — Максвелла. Отдавая дань заслугам Фарадея, основатель элек-трохимии и президент Лондонского коро-левского общества Г. Дэви, у которого поначалу Фарадей работал лаборантом, пи-сал: «Хотя я сделал ряд научных открытий, самым замечательным является то, что я открыл Фарадея».

Не будем здесь касаться многочисленных явлений, связанных с электричеством и магнетизмом (для этого есть свои разделы в физике), но отметим, что как явления элек-тро- и магнитостатики, так и динамики за-ряженных частиц в классическом представ-лении хорошо описываются уравнениями Максвелла. Поскольку все тела в микро- и макромире являются так или иначе заря-женными, то теория Фарадея — Максвелла приобретает поистине универсальный ха-рактер. В рамках ее описываются и объяс-няются движение и взаимодействие заря-женных частиц при наличии магнитного и электрического полей. Физический же смысл четырех уравнений Максвелла со-стоит в следующих положениях.

1. Закон Кулона, определяющий си-лы взаимодействия зарядов q1 и q2

(1.3.4)
отражает действие электрического поля на эти заряды

(1.3.5)
где — напряженность электриче-ского поля, а — сила Кулона. От-сюда можно получить и другие ха-рактеристики взаимодействия заря-женных частиц (тел): потенциал по-ля, напряжение, ток, энергию поля и т.д.

2. Электрические силовые линии начи-наются на одних зарядах (условно принято считать на положительных) и заканчиваются на других — отрица-тельных, т.е. они прерывны и совпа-дают (в этом их модельный смысл) с направлением векторов напряжен-ности электрического поля — они просто касательные к силовым ли-ниям. Магнитные силовые замкнуты сами на себя, не имеют ни начала, ни конца, т.е. непрерывны. Это являет-ся доказательством отсутствия маг-нитных зарядов.

3. Любой электрический ток создает магнитное поле, причем это магнит-ное поле может создаваться как по-стоянным (тогда будет постоянное магнитное поле) и переменным электрическим током, так и пере-менным электрическим полем (пе-ременное магнитное поле).

4. Переменное магнитное поле за счет явления электромагнитной индук-ции Фарадея создает электрическое поле. Таким образом, переменные электрические и магнитные поля создают друг друга и оказывают взаимное влияние. Поэтому-то и го-ворят об едином электромагнитном поле.

В уравнения Максвелла входит константа с, которая с поразительной точностью совпа-дает со скоростью света, откуда и был сде-лан вывод, что свет — это поперечная волна в переменном электромагнитном поле. Причем этот процесс распространения вол-ны в пространстве и времени продолжается до бесконечности, так как энергия электри-ческого поля переходит в энергию магнит-ного поля и наоборот. В электромагнитных световых волнах взаимно перпендикулярно колеблются векторы напряженности элек-трического и магнитного полей (отсю-да и следует. что свет — поперечные волны), а в качестве носителя волны выступает са-мо пространство, которое тем самым явля-ется напряженным. Однако скорость рас-пространения волн (не только световых) зависит от свойств среды. Поэтому, если гравитацинное взаимодействие происходит «мгновенно», т.е. является дальнодейст-вующим, то электрическое взаимодействие будет в этом смысле близкодействующим, так как распространение волн в простран-стве происходит с конечной скоростью. Характерными примерами является затуха-ние и дисперсия света в различных средах.

Таким образом, уравнения Максвелла связывают световые явления с электриче-скими и магнитными и тем самым придают фундаментальное значение теории Фарадея — Масвелла. Заметим еще раз, что электро-магнитное поле существует повсюду во Вселенной, в том числе и в разных средах. Уравнения Максвелла играют в электро-магнетизме ту же роль, что уравнения Нью-тона в механике, и лежат в основе электро-магнитной картины мира.

Через 20 лет после создания теории Фара-дея — Максвелла в 1887 г. Герц экспери-ментально подтвердил наличие электро-магнитного излучения в диапазоне длин волн от 10 до 100 м с помощью искрового разряда и регистрацией сигнала в контуре в нескольких метрах от разрядника. Измерив параметры излучения (длину и частоту волны), он получил, что скорость распро-странения волны совпадает со скоростью света. Впоследствии были изучены и ос-воены другие диапазоны частот электро-магнитного излучения. Было установлено, что можно получить волны любой частоты при условии наличия соответствующего источника излучения. Электронными мето-дами можно получить электромагнитные волны до 1012 Гц (от радиоволн до микро-волн), за счет излучения атомов можно по-лучать инфракрасные, световые, ультра-фиолетовые и рентгеновские волны (диапа-зон частот от 1012 до 1020 Гц). Гамма-излучение с частотой колебаний выше 1020 Гц испускается атомными ядрами. Таким образом было установлено, что природа всех электромагнитных излучений одина-кова и все они различаются лишь своими частотами.

Электромагнитное излучение (как и любое другое поле) обладает энергией и импуль-сом. И эту энергию можно извлекать, соз-давая условия, при которых поле приводит тела в движение. Применительно к опреде-лению энергии электроманитной волны удобно расширить упомянутое нами поня-тие потока (в данном случае энергии) до представления плотности потока энергии , введенной впервые русским физиком Умовым, который, кстати, занимался и бо-лее общими вопросами естествознания, в частности связи живого в природе с энерги-ей. Плотность потока энергии — это количе-ство электромагнитной энергии, проходя-щей через единичную площадку, перпенди-кулярную к направлению распространения волны, в единицу времени. Физически это означает, что изменение энергии внутри объема пространства определяется ее пото-ком, т.е. вектором Умова :

(1.3.6)
где с — скорость света.
Поскольку для плоской волны Е = В и энер-гия делится поровну между волнами элек-трического и магнитного полей, то можно записать (1.3.6) в виде

(1.3.7)
Что касается импульса световой волны, то проще получить его из знаменитой форму-лы Эйнштейна Е = mc2, полученной им в теории относительности, в которую также входит скорость света с как скорость рас-пространения электромагнитной волны, по-этому использование формулы Эйнштейна здесь физически оправдано. Проблемами теории отнсительности мы будем занимать-ся дальше в главе 1.4. Здесь же отметим, что в формуле Е = mc2 отражена не только взаимосвязь между энерегией Е и массой m, а и закон сохранения полной энергии в лю-бом физическом процессе, а не отдельно сохранения массы и энергии.

Тогда учитывая, что энергии Е соответст-вует масса m, импульс электромагнитной волны, т.е. произведение массы на скорость (1.2.6), с учетом скорости электромагнит-ной волны с

(1.3.8)
Такое распределение приведено для на-глядности, так как, строго говоря, формулу (1.3.8) получить из соотношения Эйн-штейна некорректно, поскольку экспери-ментально установлено, что масса фотона как кванта света равна нулю.

С позиций современного естествознания именно Солнце через электромагнитное из-лучение обеспечивает условия жизни на Земле и эту энергию и импульс мы может определить физическими законами коли-чественно. Кстати, если есть импульс света, значит свет должен оказывать давление на поверхность Земли. Почему мы не ощуща-ем его? Ответ прост и заключается в приве-денной формуле (1.3.8), так как величина с — огромное число. Тем не менее экспери-ментально давление света было обнаруже-но в весьма тонких опытах русским физи-ком П. Лебедевым, а во Вселенной под-тверждается наличием и положением ко-метных хвостов, возникающих под дейст-вием импульса электромагнитного светово-го излучения. Другим примером, подтвер-ждающим, что поле обладает энергией, служит передача сигналов от космических станций или с Луны на Землю. Хотя эти сигналы и распространяются со скоростью света с, но с конечным временем из-за больших расстояний (от Луны сигнал идет 1,3 с, от самого Солнца — 7 с). Вопрос: где находится энергия излучения между пере-датчиком на космической станции и при-емником на Земле? В соответствии с зако-ном сохранения она должна ведь где-то быть! И она действительно таким образом содержится именно в электромагнитном поле.

Заметим также, что передача энергии в пространстве может осуществляться только в переменных электромагнитных полях, когда изменяется скорость частицы. При постоянном электрическом токе создается постоянное магнитное поле, которое дейст-вует на заряженную частицу перпендику-лярно направлению ее движения. Это так называемая сила Лоренца, «закручиваю-щая» частицу. Поэтому постоянное маг-нитное поле не совершает работы (&#948;А = dFdr) и, следовательно, отсутствует переда-ча энергии от движущихся в проводнике зарядов к частицам вне проводника в про-странстве вокруг посредством постоянного магнитного поля. В случае переменного магнитного поля, вызванного переменным электрическим полем, заряды в проводнике испытывают ускорение вдоль направления движения и энергия может передаваться частицам, находящимся в пространстве вблизи проводника. Поэтому только дви-жущиеся с ускорением заряды могут пере-давать энергию посредством создаваемого ими переменного электромагнитного поля.

Возвращаясь к общему понятию поля как некоторого распределения соответствую-щих величин или параметров в пространст-ве и времени, можно считать, что такое по-нятие применительно ко многим явлениям не только в природе, но и в экономике или социуме при использовании соответст-вующих физических моделей. Необходимо только в каждом случае убеждаться — обна-руживает ли выбранная физическая вели-чина или ее аналог такие свойства, чтобы описание ее с помощью модели поля оказа-лось полезным. Заметим, что непрерыв-ность величин, описывающих поле, являет-ся одной из основных параметров поля и позволяет использовать соответствующий математический аппарат, в том числе крат-ко упомянутый нами выше.

В этом смысле вполне оправдано говорить и о гравитационном поле, где вектор грави-тационной силы меняется непрерывно, и о других полях (например информационное, поле рыночной экономики, силовые поля художественных произведений и т.д.), где проявляются неизвестные пока нам силы или субстанции. Правомерно распростра-нив свои законы динамики на небесную механику, Ньютон установил закон все-мирного тяеготения

(1.3.9)
согласно которому сила, действующая ме-жду двумя массами m1 и m2 обратно про-порциональна квадрату расстояния R меж-ду ними, G — константа гравитационного взаимодействия. Если ввести по аналогии с электромагнитным полем вектор напря-женности поля тяготения, то можно пе-рейти от (1.3.9) непосредственно к гравита-ционному полю.

Формулу (1.3.9) можно понять так: масса m1 создает в пространстве некоторые усло-вия, на которые реагирует масса m2 , и в результате испытывает направленную к m1 силу . Вот эти-то условия и есть грави-тационное поле, источником которого яв-ляется масса m1 . Чтобы не записывать ка-ждый раз силу, зависящую от m2, разделим обе части уравнения (1.3.9) на m2 , считая ее за массу пробного тела, т.е. того, на ко-тороое мы действуем (при этом считается, что пробная масса не вносит возмущений в гравитационное поле). Тогда

(1.3.10)
По существу теперь правая часть (1.3.10) зависит только от расстояния между масса-ми m1 и m2 , но не зависит от массы m2 и определяет гравитационной поле в любой точке пространства, отстоящей от источни-ка гравитации m1 на расстоянии R безотно-сительно к тому, имеется ли там масса m2 или нет. Поэтому можно еще раз перепи-сать (1.3.10) так, чтобы определяющее зна-чение имела масса источника гравитацион-ного поля. Обозначим правую часть (1.3.10) через g:

(1.3.11)
где М = m1 .
Поскольку F — вектор, то, естественно, и g — тоже вектор. Он называется вектором на-пряженности гравитационного поля и дает полное описание этого поля массы М в лю-бой точке пространства. Поскольку вели-чина g определяет силу, действующую на единицу массы, то по своему физическому смыслу и размерности она есть ускорение. Поэтому уравнение классической динамики (1.2.5) совпадает по форме с силами, дейст-вующими в гравитационном поле

(1.3.12)
К гравитационному полю можно также применить понятие силовых линий, где по их густоте (плотности) судят о величинах действующих сил. Силовые гравитацион-ные линии сферической массы есть пря-мые, направленные к центру сферы массой М как источнику гравитации, и согласно (1.3.10) силы взаимодействия уменьшаются с удалением от М по закону обратной про-порциональности квадрату расстояния R. Таким образом, в отличие от силовых ли-ний электрического поля, начинающихся на положительном и заканчивающихся на от-рицательном, в гравитационном поле нет определенных точек, где бы они начина-лись, вместе с тем они простираются до бесконечности.

По аналогии с электрическим потенциалом ( — потенциальная энергия еди-ничного заряда, находящегося в электриче-ском поле), можно ввести гравитационный потенциал

(1.3.13)
Физический смысл (1.3.13) состоит в том, что Фгр — это потенциальная энергия, при-ходящаяся на единицу массы. Введение по-тенциалов электрического и гравитацион-ного полей, которые являются, в отличие от векторных величин напряженностей и , скалярными величинами, упрощает количе-ственные расчеты. Заметим, что ко всем параметрам полей применим принцип су-перпозиции, заключающийся в независимо-сти действия сил (напряженностей, потен-циалов) и возможности вычисления резуль-тирующего параметра (и векторного, и ска-лярного) соответствующим сложением.

Несмотря на похожесть основных законов электрических (1.3.4) и гравитационных (1.3.9) полей и методологий введения и ис-пользования описывающих их параметров, объяснить их сущность на основе общей природы до сих пор не удалось. Хотя такие попытки, начиная от Эйнштейна и до по-следнего времени, постоянно предприни-маются с целью создания единой теории поля. Естественно, что это упростило бы наше понимание физического мира и по-зволило описать его единообразно. На не-которых таких попытках мы остановимся в главе 1.6.

Считается, что гравитационные и электри-ческие поля действуют независимо и могут сосуществовать в любой точке пространст-ва одновременно, не влияя друг на друга. Суммарная сила, действующая на пробную частицу с зарядом q и массой m, может быть выражена векторной суммой и . Суммировать векторы и не имеет смысла, поскольку они имеют разную раз-мерность. Введение в классической элек-тродинамике понятия электромагнитного поля с передачей взаимодействия и энергии путем распространения волн через про-странство, позволило отойти от механиче-ского представления эфира. В старом пред-ставлении понятие эфира как некой среды, объясняющей передачу контактного дейст-вия сил, было опровергнуто как экспери-ментально опытами Майкельсона по изме-рению скорости света, так и, главным обра-зом, теорией относительности Эйнштейна. Через поля оказалось возможным описы-вать физические взаимодействия, для чего собственно и были сформулированы общие для разных типов полей характеристики, о которых мы здесь говорили. Правда следу-ет отметить, что сейчас идея эфира отчасти возрождается некоторыми учеными на базе понятия физического вакуума.

Так после механической картины сформи-ровалась новая к тому времени электромаг-нитная картина мира. Ее можно рассматри-вать как промежуточную по отношению к современной естественнонаучной. Отметим некоторые общие характеристики этой па-радигмы. Поскольку она включает не толь-ко представления о полях, но и появившие-ся к тому времени новые данные об элек-тронах, фотонах, ядерной модели атома, закономерностях химического строения веществ и расположения элементов в пе-риодической системе Менделеева и ряд других результатов по пути познания при-роды, то, конечно, в эту концепцию вошли также идеи квантовой механики и теории относительности, о которых речь еще будет идти дальше.

Главным в таком представлении является возможность описать большое количество явлений на основе понятия поля. Было ус-тановлено, в отличие от механической кар-тины, что материя существует не только в виде вещества, но и поля. Электромагнит-ное взаимодействие на основе волновых представлений достаточно уверенно опи-сывает не только электрические и магнит-ные поля, но и оптические, химические, те-пловые и механические явления. Методо-логия полевого представления материи мо-жет быть использована и для понимания полей иной природы. Сделаны попытки увязать корпускулярную природу микро-объектов с волновой природой процессов. Было установлено, что «переносчиком» взаимодействия электромагнитного поля является фотон, который подчиняется уже законам квантовой механики. Делаются по-пытки найти гравитон, как носитель грави-тационного поля.

Однако несмотря на существенное продви-жение вперед в познании окружающего нас мира, электромагнитная картина не свобод-на от недостатков. Так, в ней не рассматри-ваются вероятностные подходы, по сущест-ву вероятностные закономерности не при-знаются фундаментальными, сохранены детерминистический подход Ньютона к описанию отдельных частиц и жесткая од-нозначность причинно-следственных свя-зей (что сейчас оспаривается синергети-кой), ядерные взаимодействия и их поля объясняются не только электромагнитными взаимодействиями между заряженными частицами. В целом такое положение по-нятно и объяснимо, так как каждое проник-новение в природу вещей углубляет наши представления и требует создания новых адекватных физических моделей.

www.sunhome.ru

Поле (физика) Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Поле.

По́ле в физике — физический объект, классически описываемый математическим скалярным, векторным, тензорным, спинорным полем (или некоторой совокупностью таких математических полей), подчиняющимся динамическим уравнениям (уравнениям движения, называемым в этом случае уравнениями поля или полевыми уравнениями — обычно это дифференциальные уравнения в частных производных). Другими словами, физическое поле представляется некоторой динамической физической величиной[1] (называемой полевой переменной[2]), определённой во всех[3] точках пространства (и принимающей, вообще говоря, разные значения в разных точках пространства, к тому же меняющейся со временем[4]).[источник не указан 1851 день]

В квантовой теории поля — полевая переменная может рассматриваться формально подобно тому, как в обычной квантовой механике рассматривается пространственная координата, и полевой переменной сопоставляется квантовый оператор соответствующего названия.

Полевая парадигма, представляющая всю физическую реальность на фундаментальном уровне сводящейся к небольшому количеству взаимодействующих (квантованных) полей, является не только одной из важнейших в современной физике, но, пожалуй, безусловно главенствующей[5].

  • Проще всего наглядно представить себе поле (когда речь идет, например, о фундаментальных полях, не имеющих очевидной непосредственной механической природы[6]) как возмущение (отклонение от равновесия, движение) некоторой (гипотетической или просто воображаемой) сплошной среды, заполняющей всё пространство. Например, как деформацию упругой среды, уравнения движения которой совпадают с или близки к полевым уравнениям того более абстрактного поля, которое мы хотим наглядно себе представить. Исторически такая среда называлась эфиром, однако впоследствии термин практически полностью вышел из употребления[7], а его подразумеваемая физически содержательная часть слилась с самим понятием поля. Тем не менее, для принципиального наглядного понимания концепции физического поля в общих чертах такое представление полезно, с учетом того, что в рамках современной физики такой подход обычно принимается по большому счету лишь на правах иллюстрации[8].

Физическое поле, таким образом, можно характеризовать как распределенную динамическую систему, обладающую бесконечным числом степеней свободы.

Роль полевой переменной для фундаментальных полей часто играет потенциал (скалярный, векторный, тензорный), иногда — величина, называемая напряжённостью поля. (Для квантованных полей в некотором смысле обобщением классического понятия полевой переменной также является соответствующий оператор).

Также полем в физике называют физическую величину, рассматриваемую как зависящую от места: как полный набор, вообще говоря, разных значений этой величины для всех точек некоторого протяженного непрерывного тела — сплошной среды, описывающий в своей совокупности состояние или движение этого протяженного тела[9]. Примерами таких полей может быть:

  • температура (вообще говоря разная в разных точках, а также и в разные моменты времени) в некоторой среде (например, в кристалле, жидкости или газе) — (скалярное) поле температуры,
  • скорость всех элементов некоторого объёма жидкости — векторное поле скоростей,
  • векторное поле смещений и тензорное поле напряжений при деформации упругого тела.

Динамика таких полей также описывается дифференциальными уравнениями в частных производных, и исторически первыми, начиная с XVIII века, в физике рассматривались именно такие поля.

Современная концепция физического поля выросла из идеи электромагнитного поля, впервые осознанной в физически конкретном и сравнительно близком к современному виде Фарадеем, математически же последовательно реализованной Максвеллом — изначально с использованием механической модели гипотетической сплошной среды — эфира, но затем вышедшей за рамки использования механической модели.

ruwikiorg.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о