Koja su područja u fizici. Osnovna fizička polja

Polje- jedan od oblika postojanja materije i, možda, najvažniji. Koncept "polja" odražava činjenicu da električne i magnetske sile djeluju konačnom brzinom na daljinu, međusobno i kontinuirano generišući jedna drugu. Polje zrači, širi se konačnom brzinom u prostoru, komunicira s materijom. Faraday je formulisao ideje polja kao novi oblik materije i stavio bilješke u zapečaćenu kovertu, oporučno otvorenu nakon njegove smrti (ova koverta je otkrivena tek 1938. godine). Faraday je koristio (1840.) ideju univerzalnog očuvanja i transformacije energije, iako sam zakon još nije otkriven.

U svojim predavanjima (1845) Faraday je govorio ne samo o ekvivalentnim transformacijama energije iz jednog oblika u drugi, već i da je dugo pokušavao „otkriti direktnu vezu između svetlosti i električne energije“ i da je „bilo moguće magnetizovati i elektrificirati snop svjetlosti i osvijetliti magnetsku liniju sile ". Posjeduje metodu proučavanja prostora oko nabijenog tijela uz pomoć probnih tijela, uvod za sliku polja dalekovodi. Opisao je svoje eksperimente na rotaciji ravni polarizacije svetlosti magnetnim poljem. Proučavanje odnosa između električnih i magnetskih svojstava supstanci dovelo je Faradaya ne samo do otkrića para- i dijamagnetizma, već i do uspostavljanja temeljne ideje - ideje polja. Napisao je (1852.): "Okoliš ili prostor koji ga okružuju igraju podjednaku ulogu kao i sam magnet, budući da su dio stvarnog i cjelovitog magnetskog sistema."

Faraday je pokazao da je elektromotorna sila indukcije E nastaje kada se magnetski tok menja F(otvaranje, zatvaranje, promjena struje u vodičima, približavanje ili uklanjanje magneta itd.). Maxwell je ovu činjenicu izrazio jednakošću: E = -dF/ dt. Prema Faradayu, sposobnost indukcije struja očituje se u krugu oko magnetske rezultante. Prema Maxwellu, naizmjenično magnetsko polje okruženo je vrtložnim električnim poljem, a znak minus povezan je s Lenzovim pravilom: indukcijska struja pojavljuje se u takvom smjeru da spriječi promjenu koja ga generira. Oznaka rot je sa engleskog jezika. rotor - vrtlog. 1846. F. Neumann je otkrio da se određena količina energije mora potrošiti na stvaranje indukcijske struje.

Općenito, sistem jednadžbi koje je Maxwell napisao u vektorskom obliku ima kompaktan oblik:

Vektori električne i magnetske indukcije (D i B) i vektori jakosti električnog i magnetskog polja (E i H) uključeni u ove jednačine povezani su naznačenim jednostavnim odnosima sa dielektričnom konstantom e i magnetnom propusnošću medij μ. Korištenje ove operacije znači da se vektor jakosti magnetskog polja rotira oko vektora gustine struje j.

Prema jednadžbi (1), svaka struja uzrokuje magnetno polje u okolnom prostoru, jednosmjerna struja - konstantno magnetsko polje. Takvo polje ne može se aktivirati u "sljedećim" područjima električno polje, jer, prema jednadžbi (2), samo promjenjivo magnetsko polje stvara struju. Oko izmjenične struje takođe se stvara naizmjenično magnetno polje, koje je sposobno stvoriti električno polje vala u "sljedećem" elementu svemira, prigušeni val - energija magnetskog polja u vakuumu u potpunosti se pretvara u električna energija i obrnuto. Budući da se svjetlost širi u obliku poprečnih valova, mogu se izvesti dva zaključka: svjetlost je elektromagnetska smetnja; elektromagnetsko polje se širi u svemiru u obliku poprečnih valova brzinom sa= 3 10 8 m / s, ovisno o svojstvima podloge, te je stoga "trenutno djelovanje na daljinu" nemoguće. Dakle, u svjetlosnim valovima vibracije vrše jačine električnog i magnetskog polja, a nosač vala je sam prostor koji je u stanju napetosti. A ono će, zbog struje pomaka, stvoriti novo magnetsko polje i tako dalje beskonačno .

Značenje jednadžbi (3) i (4) je jasno - (3) opisuje elektrostatički Gaussov teorem i generalizira Coulomb-ov zakon, (4) odražava činjenicu da nema magnetnih naboja. Divergencija (od lat. divergere - otkriti nesklad) je mjera izvora. Ako se, na primjer, zrake svjetlosti ne rađaju u staklu, već samo prolaze kroz njega, divD = 0. Sunce kao izvor svjetlosti i topline ima pozitivno odstupanje, a tama negativno. Stoga se linije sile električnog polja završavaju nabojima čija je gustoća p i magnetsko polje zatvorene same za sebe i nigdje ne završavaju.

Pozvan je sistem pogleda koji je činio osnovu Maxwellovih jednačina Maxwellova teorija elektromagnetskog polja. Iako su ove jednadžbe jednostavne, što su Maxwell i njegovi sljedbenici radili na njima, to im je dublje otkrivano značenje. G. Hertz, čiji su eksperimenti bili prvi izravni dokaz vjernosti Faraday-Maxwellove teorije elektromagnetskog polja, napisao je o neiscrpnosti Maxwellovih jednadžbi: da su ove formule pametnije od nas, čak pametnije i od samog autora, kao da daju nam više nego što im je uloženo u svoje vrijeme. "

Proces širenja polja nastavit će se unedogled u obliku prigušenog vala - energija magnetskog polja u vakuumu u potpunosti se pretvara u električnu energiju, i obrnuto. Među konstantama uključenim u jednačine bila je konstanta c; Maxwell je otkrio da je njegova vrijednost tačno jednaka vrijednosti brzine svjetlosti. Bilo je nemoguće ne obratiti pažnju na ovu slučajnost. Dakle, u svjetlosnim valovima vibracije vrše jačine električnog i magnetskog polja, a nosač vala je sam prostor koji je u stanju napetosti.

Svjetlosni val je elektromagnetski val,"Trčanje kroz svemir i odvojeno od naboja koji su ga emitirali", kako je rekao Weisskopf. Po važnosti je uporedio Maxwellovo otkriće s otkrićem Newtonovog zakona gravitacije. Newton je povezao kretanje planeta sa gravitacijom na Zemlji i otkrio osnovne zakone koji regulišu mehaničko kretanje masa pod dejstvom sila. Maxwell je povezao optiku s električnom energijom i izveo osnovne zakone (Maxwellove jednadžbe) koji upravljaju ponašanjem električnih i magnetskih polja i njihovom interakcijom s nabojima i magnetima. Newtonova djela dovela su do uvođenja koncepta univerzalnog zakona gravitacije, Maxwellova djela - koncepta elektromagnetskog polja i do uspostavljanja zakona njegovog širenja. Ako elektromagnetsko polje može postojati neovisno o materijalnom nosaču, tada bi dugoročno djelovanje trebalo ustupiti mjesto kratkotrajnim poljima koja se šire u svemiru konačnom brzinom. Ideje o pomaknutoj struji (1861.), elektromagnetskim valovima i elektromagnetskoj prirodi svjetlosti (1865.) bile su toliko hrabre i neobične da čak ni sljedeća generacija fizičara nije odmah prihvatila Maxwellovu teoriju. 1888. G. Hertz je otkrio elektromagnetski valovi, ali tako aktivnog protivnika Maxwellove teorije kao W. Thomson (Kelvin) mogli su se uvjeriti samo eksperimenti P. N. Lebedeva, koji je 1889. otkrio postojanje lagani pritisak.

Sredinom XIX vijeka. Maxwell je kombinirao elektricitet i magnetizam u jedinstvenoj teoriji polja. Električni naboj povezan je s elementarnim česticama, od kojih najpoznatiji - elektron i proton - imaju isti naboj. e, to je univerzalna konstanta prirode. SI = 1,6 10 -19 C. Iako još nisu otkriveni magnetni naboji, oni se već pojavljuju u teoriji. Prema fizičaru Diracu, veličina magnetnih naboja trebala bi biti višestruka od naboja elektrona

Dalja istraživanja na polju elektromagnetnog polja dovela su do kontradikcija sa konceptima klasične mehanike, što je holandski fizičar H.A. Lorenz. Uveo je transformacije koordinata inercijalnih sistema, koje su, za razliku od klasičnih transformacija Galilea, sadržavale konstantu - brzinu svetlosti, koja je uspostavljala vezu sa teorijom polja. Promijenili su vremenske skale i dužine brzinama bliskim brzini svjetlosti. Fizičko značenje ovih Lorentzovih transformacija objasnio je samo A. Einstein 1905. godine u svom djelu "O elektrodinamici pokretnih tijela", koje je predstavljalo osnovu posebne teorije relativnosti (STR), odnosno relativističke mehanike.

Prirodna nauka ne samo da identifikuje vrste materijalnih objekata u Univerzumu, već otkriva i veze između njih. Veza između objekata u cjelovitom sustavu je uređenija, stabilnija od veze svakog od elemenata s elementima iz vanjskog okruženja. Da bi se uništio sistem, odvojio ovaj ili onaj element od sistema, potrebno je na njega primijeniti određenu energiju. Ova energija ima drugačiju vrijednost i ovisi o vrsti interakcije između elemenata sistema. U mega svijetu ove interakcije pruža gravitacija, u makrokozmosu se gravitaciji dodaje elektromagnetska interakcija koja postaje osnovna, što jača. U mikrosvijetu, u veličini atoma, manifestuje se još jača nuklearna interakcija, osiguravajući integritet atomskih jezgara. U prijelazu na elementarne čestice, energiju unutrašnjih veza, znamo da su prirodne supstance kemijski spojevi elemenata izgrađenih od atoma i sakupljeni u Periodnom sustavu. Neko vrijeme se vjerovalo da su atomi elementarni građevni blokovi univerzuma, no onda su ustanovili da je atom "cijeli Svemir" i da se sastoji od još temeljnijih čestica koje međusobno djeluju: protoni, elektroni, neutroni, mezoni itd. Povećava se broj čestica za koje se tvrdi da su elementarne, ali jesu li zaista toliko elementarne?

Newtonova mehanika je prepoznata, ali o porijeklu sila koje uzrokuju ubrzanje nije razgovarano. Sile gravitacije djeluju kroz prazninu, one su dugog dometa, dok elektromagnetske sile djeluju kroz medij. Trenutno su sve interakcije u prirodi svedene na četiri vrste: gravitaciona, elektromagnetna, jaka nuklearna i slaba nuklearna.

Gravitacija(od lat. gravitas- ozbiljnost) - povijesno prva proučavana interakcija. Slijedeći Aristotela, vjerovalo se da sva tijela teže "svom mjestu" (teška - do Zemlje, lagana). Fizika 17-18 vijeka bile su poznate samo gravitacijske interakcije. Prema Newtonu, dvije mase tačaka privlače jedna drugu silom usmjerenom duž linije koja ih povezuje: Znak minus ukazuje na to da imamo posla sa privlačnošću, r - udaljenost između tijela (vjeruje se da je veličina tijela mnogo manja r), t 1 i t 2 - tjelesne mase. Količina G- univerzalna konstanta koja određuje vrijednost gravitacijskih sila. Ako su tijela teška 1 kg međusobno udaljena 1 m, tada je sila privlačenja između njih 6,67 10 -11 N. Gravitacija je univerzalna, sva tijela su joj podložna, a čak je i sama čestica izvor gravitacije. Ako je vrijednost G bilo više, tada bi se i snaga povećala, ali G je vrlo mala, a gravitacijska interakcija u svijetu subatomskih čestica je beznačajna, a između makroskopskih tijela je jedva primjetna. Cavendish je mogao izmjeriti vrijednost G, koristeći torzijsku vagu. Svestranost konstante G znači da će bilo gdje u Univerzumu i u bilo kojem trenutku vremena sila privlačenja između tijela mase 1 kg, odvojene udaljenostom od 1 m, imati istu vrijednost. Stoga možemo reći da je količina G određuje strukturu gravitacionih sistema. Gravitacija ili gravitacija nije jako značajna u interakciji između malih čestica, ali zadržava planete Solarni sistem i galaksije. Stalno osjećamo gravitaciju u svom životu. Zakon je potvrdio dugoročnu prirodu gravitacijske sile i glavno svojstvo gravitacijske interakcije - njenu univerzalnost.

Einsteinova teorija gravitacije (GR) daje različite rezultate od Newtonovog zakona u jakim gravitacijskim poljima, u slabim - obje teorije se podudaraju. Prema opštoj relativnosti, gravitacija- ovo je manifestacija zakrivljenosti prostora-vremena. Tijela se kreću zakrivljenim stazama, ne zato što na njih djeluje gravitacija, već zato što se kreću u zakrivljenom prostor-vremenu. Oni se kreću "najkraćim putem, a gravitacija je geometrija". Učinak zakrivljenosti prostor-vremena može se otkriti ne samo u blizini objekata koji se urušavaju poput neutronskih zvijezda ili crnih rupa. Takvi su, na primjer, precesija orbite Merkura ili usporavanje vremena na površini Zemlje (vidi sliku 2.3, u). Einstein je pokazao da se gravitacija može opisati kao ekvivalent ubrzanog kretanja.

Da bi izbjegao sabijanje Svemira pod utjecajem samo-gravitacije i osigurao njegovu stacionarnost, uveo je mogući izvor gravitacije s neobičnim svojstvima, što dovodi do "odbijanja" materije, a ne do njene koncentracije, a odbojna sila se povećava sa daljinom. Ali ta se svojstva mogu manifestirati samo na vrlo velikom svemiru. Sila odbijanja nevjerovatno je mala i ne ovisi o odbojnoj masi; predstavljen je u obliku where T - masa odbijenog predmeta; r - njegova udaljenost od odbojnog tijela; L - konstantan. Trenutno se postavlja gornja granica za L = 10 -53 m -2, tj. za dva tijela mase 1 kg, smještena na udaljenosti od 1 m, sila privlačenja premašuje kozmičku odbojnost najmanje 10 25 puta. Ako su dvije galaksije s masama od 10 41 kg na udaljenosti od 10 milijuna sv. godine (oko 10 22 m), tada bi za njih sile privlačenja bile približno uravnotežene snagama odbijanja, ako vrijednost L stvarno blizu navedene gornje granice. Ova količina još nije izmjerena, iako je za strukturu svemira velikih razmjera važna kao temeljna.

Elektromagnetska interakcija, uzrokovane električnim i magnetskim nabojima, nose fotoni. Sile interakcije između naboja složeno ovise o položaju i kretanju naboja. Ako dvije optužbe q 1 i q 2 nepomičan i fokusiran na tačke u daljini r, tada je interakcija između njih električna i određena je Coulomb-ovim zakonom: od znakovi punjenja q 1 i q 2 sila električne interakcije usmjerena duž ravne linije koja povezuje naboje bit će sila privlačenja ili odbijanja. Ovdje, označava konstantu koja određuje intenzitet elektrostatske interakcije, njegova vrijednost je jednaka 8,85 10 -12 F / m. Dakle, dva naboja od 1 C, odvojena 1 m, iskusit će silu od 8,99 10 9 N. Električni naboj uvijek je povezan s elementarnim česticama. Numerička vrijednost naboja najpoznatijih među njima - protona i elektrona - ista je: to je univerzalna konstanta e = 1.6 10 -19 Kl. Naboj protona smatra se pozitivnim, naboj elektrona negativnim.

Magnetske sile generišu se električnim strujama - kretanjem električnih naboja. Postoje pokušaji objedinjavanja teorija uzimajući u obzir simetrije, u kojima se predviđa postojanje magnetnih naboja (magnetnih monopola), ali one još nisu otkrivene. Dakle, vrijednost e određuje intenzitet magnetne interakcije. Ako se električni naboji kreću ubrzano, onda emituju - odriču se energije u obliku svjetlosti, radio talasa ili X-zraka, ovisno o frekvencijskom opsegu. Gotovo svi nosači informacija koje opažaju naša čula su elektromagnetske prirode, iako se ponekad pojavljuju u složenim oblicima. Elektromagnetne interakcije određuju strukturu i ponašanje atoma, sprečavaju raspad atoma, odgovorne su za veze između molekula, odnosno za hemijske i biološke pojave.

Gravitacija i elektromagnetizam su sile dugog dometa koje se šire čitavim svemirom.

Jake i slabe nuklearne interakcije- kratkog dometa i pojavljuju se samo unutar veličine atomske jezgre, odnosno u područjima reda od 10 -14 m.

Slaba nuklearna interakcija odgovorna je za mnoge procese koji uzrokuju neke vrste nuklearnih raspada elementarnih čestica (na primjer, (3-raspad - transformacija neutrona u protone) sa gotovo tačkastim radijusom djelovanja: oko 10 -18 m. Ima snažniji učinak na transformacije čestica nego na njihovo kretanje, stoga se njegova efikasnost određuje konstantom povezanom sa brzinom propadanja - univerzalnom konstantnom vezom g (W), određivanje brzine procesa kao što je raspad neutrona. Slabu nuklearnu interakciju provode takozvani slabi bozoni, a neke subatomske čestice mogu se transformirati u druge. Otkriće nestabilnih subnuklearnih čestica otkrilo je da slabe interakcije uzrokuju mnoge transformacije. Supernove su jedan od rijetkih slučajeva uočenih slabih interakcija.

Jaka nuklearna interakcija sprečava raspad atomskih jezgara, a da nije bilo, jezgre bi propadale uslijed sila električne odbojnosti protona. U nekim se slučajevima uvodi vrijednost zbog njegovih karakteristika g (S), slično električnom punjenju, ali mnogo veće. Snažna interakcija koju gluoni naglo padaju na nulu izvan područja radijusa oko 10-15 m. Ona povezuje kvarkove koji čine protone, neutrone i druge slične čestice zvane hadroni. Kažu da je interakcija protona i neutrona odraz njihove unutrašnje interakcije, ali zasad je slika ovih dubokih pojava skrivena od nas. Uz to su povezane energija koju oslobađaju sunce i zvijezde, transformacije u nuklearnim reaktorima i oslobađanje energije. Navedene vrste interakcija očito su različite prirode. Do danas nije jasno iscrpljuju li sve interakcije u prirodi. Najjača je jaka interakcija kratkog dometa, elektromagnetska je slabija za 2 reda veličine, slaba je za 14 redova veličine, a gravitacijska je manja od jake za 39 redova veličine. U skladu s veličinom sila interakcije, one se javljaju u različito vrijeme. Snažne nuklearne interakcije nastaju kada se čestice sudare brzinom od skoro svjetlosti. Vrijeme reakcije, određeno dijeljenjem radijusa djelovanja sila sa brzinom svjetlosti, daje vrijednost reda od 10 -23 s. Procesi slabe interakcije odvijaju se za 10 -9 s, a gravitacijski oko 10 16 s ili 300 miliona godina.

"Obrnuti kvadratni zakon", prema kojem tačkaste gravitacijske mase ili električni naboji djeluju jedni na druge, slijedi, kako je pokazao P. Ehrenfest, iz trodimenzionalnosti prostora (1917). U svemiru NS mjerenja, čestice tačaka bi međusobno djelovale prema obrnutom zakonu snage ( n- jedan). Za n = 3, vrijedi zakon inverznih kvadrata, budući da je 3 - 1 = 2. A pri u = 4, što odgovara zakonu inverznih kocki, planete bi se kretale spiralno i brzo padale u Sunce. U atomima s više od tri dimenzije također ne bi postojale stabilne orbite, odnosno ne bi postojali kemijski procesi i život. Kant je također ukazao na vezu između trodimenzionalnosti prostora i zakona gravitacije.

Pored toga, može se pokazati da je širenje valova u čistom obliku nemoguće u svemiru sa parnim brojem dimenzija - pojavljuju se izobličenja koja narušavaju strukturu (informacije) koju talas nosi. Primjer za to je širenje vala preko gumenog sloja (preko površine dimenzija NS= 2). Godine 1955. matematičar G.J.Witrow zaključio je da budući da živi organizmi trebaju prenositi i obrađivati informacije, viši oblici života ne mogu postojati u prostorima čak dimenzija. Ovaj se zaključak odnosi na nama poznate oblike života i zakone prirode i ne isključuje postojanje drugih svjetova, drugačije prirode.

Od Newtona i P. Laplacea sačuvano je razmatranje mehanike kao univerzalne fizičke teorije. U XIX veku. ovo mjesto zauzela je mehanička slika svijeta, uključujući mehaniku, termodinamiku i kinetičku teoriju materije, elastičnu teoriju svjetlosti i elektromagnetizam. Otkriće elektrona podstaklo je reviziju ideja. Krajem stoljeća, H. Lorenz je izgradio svoju elektroničku teoriju da pokrije sve prirodne pojave, ali to nije postigao. Problemi povezani s diskretnošću naboja i kontinuitetom polja, te problemi u teoriji zračenja ("ultraljubičasta katastrofa") doveli su do stvaranja kvantne slike polja svijeta i kvantne mehanike. Nakon stvaranja SRT-a očekivalo se da univerzalno pokrivanje prirodnog svijeta može dati elektromagnetsku sliku svijeta, koja je kombinirala teoriju relativnosti, Maxwellovu teoriju i mehaniku, ali ta je iluzija ubrzo raspršena.

Mnogi su teoretičari pokušali prihvatiti gravitaciju i elektromagnetizam jedinstvenim jednačinama. Pod utjecajem Einsteina, koji je uveo četverodimenzionalni prostor-vrijeme, izgrađene su višedimenzionalne teorije polja u pokušaju da pojave svedu na geometrijska svojstva prostora.

Ujedinjenje je izvedeno na osnovu utvrđene neovisnosti brzine svjetlosti za različite posmatrače koji se kreću u praznom prostoru u odsustvu vanjskih sila. Einstein prikazan svjetska linija objekt na ravnini, gdje je prostorna os usmjerena vodoravno, a vremenska osa vertikalno. Tada je okomita crta svjetska linija objekta koja miruje u zadanom referentnom okviru, a nagnuta linija je objekt koji se kreće konstantnom brzinom. Zakrivljena svjetska linija odgovara ubrzanom kretanju objekta. Bilo koja točka na ovoj ravni odgovara položaju na određenom mjestu u određenom trenutku i poziva se događaj. U ovom slučaju, gravitacija više nije sila koja djeluje na pasivnu pozadinu prostora i vremena, već je distorzija samog prostora-vremena. Napokon, gravitaciono polje je "zakrivljenost" prostora-vremena.

Da bi se uspostavila veza između referentnih okvira koji se kreću jedan prema drugom, potrebno je izmjeriti prostorne intervale u istim jedinicama kao i vremenski. Čimbenik za ovaj preračun može biti brzina svjetlosti, povezujući udaljenost sa vremenom za koje svjetlost može pokriti tu udaljenost. U takvom sistemu, 1 m je jednako 3,33 nsec (1 n = 10 -9 s). Tada će svjetska linija fotona proći pod uglom od 45 °, a bilo koji materijalni objekt - pod manjim uglom (jer je njegova brzina uvijek manja od brzine svjetlosti). Budući da prostorna os odgovara tri kartezijanske osi, svjetske linije materijalnih tijela nalazit će se unutar konusa opisanog svjetskom linijom fotona. Rezultati posmatranja pomračenja Sunca 1919. godine donijeli su Einsteinu svjetsku slavu. Pomicanje zvijezda, koje se mogu vidjeti samo u blizini Sunca za vrijeme pomračenja, poklapalo se s predviđanjima Einsteinove teorije gravitacije. Tako su njegov geometrijski pristup konstruisanju teorije gravitacije potvrdili impresivni eksperimenti.

Iste 1919. godine, kada se pojavila opća relativnost, T. Kaluza, docent na Univerzitetu u Konigsbergu, poslao je svoj rad Einsteinu, gdje je predložio peta dimenzija. Pokušavajući pronaći temeljni princip svih interakcija (tada su bile poznate dvije - gravitacija i elektromagnetizam), Kaluza je pokazao da se one mogu jednoliko izvesti u petodimenzionalnoj općoj relativnosti. Za uspjeh ujedinjenja dimenzije pete dimenzije nisu bile bitne i, možda, su toliko male da ih se ne može otkriti. Tek nakon dvogodišnje prepiske s Einsteinom, članak je objavljen. Švedski fizičar O. Klein predložio je modifikaciju osnovne jednadžbe kvantne mehanike s pet varijabli umjesto četiri (1926). Dimenzije prostora koji nam je neprimjetan "smotao" je do vrlo male veličine (navodeći primjer nehajno bačenog crijeva za zalijevanje, koje izdaleka izgleda poput krivudave linije, ali u blizini svake točke ispada da je krug). Dimenzije ovih neobičnih petlji su 10-20 puta manje od veličine atomske jezgre. Stoga, peta dimenzija nije uočljiva, ali je moguća.

Sovjetski naučnici G.A. Mandel i V.A. Fock. Pokazali su da se putanja nabijene čestice u petodimenzionalnom prostoru može strogo opisati kao geodetska linija (od grčkog. geodaisia- dodjela zemljišta) ili najkraći put između dvije točke na površini, odnosno peta dimenzija može biti fizički stvarna. Nije otkriven zbog Heisenbergove relacije nesigurnosti, koja predstavlja svaku česticu kao valni paket koji zauzima područje u svemiru, čija veličina ovisi o energiji čestice (što je veća energija, manji je volumen regije). Ako je peta dimenzija presavijena u mali krug, tada da bi je otkrile, čestice koje je obasjavaju moraju imati visoku energiju. Ubrzivači proizvode zrake čestica rezolucije 10 -18 m. Stoga, ako je krug u petoj dimenziji manji, još ga nije moguće otkriti.

Sovjetski profesor Yu.B. Rumer je u svojoj teoriji pete dimenzije pokazao da se petoj dimenziji može dati značenje akcije. Bilo je i pokušaja vizualizacije ovog petodimenzionalnog prostora, kao prethodno četvorodimenzionalnog prostora-vremena koji je uveo Einstein. Jedan od tih pokušaja je hipoteza o postojanju "paralelnih" svjetova. Nije bilo teško zamisliti četverodimenzionalnu sliku lopte: to je zbirka njenih slika u svakoj vremenskoj točki - "cijev" kuglica koja se proteže od prošlosti do budućnosti. A petodimenzionalna kugla je već polje, ravan apsolutno identičnih svjetova. U svim svjetovima koji imaju od tri do pet dimenzija, čak i jedan uzrok, čak i slučajan, može dovesti do nekoliko posljedica. Šestodimenzionalni Svemir koji je izgradio izvanredni sovjetski dizajner aviona L.R. Bartini, uključuje tri prostorne i tri vremenske dimenzije. Za Bartinija je dužina vremena trajanje, širina je broj opcija, visina je brzina vremena u svakom od mogućih svjetova.

Teorija kvantne gravitacije morao kombinovati opštu relativnost i kvantnu mehaniku. U svemiru koji je podložan zakonima kvantne gravitacije, zakrivljenost prostor-vremena i njegova struktura moraju fluktuirati, kvantni svijet nikada ne miruje. A koncepti prošlosti i budućnosti, slijed događaja u takvom svijetu također bi trebali biti različiti. Ove promjene još nisu otkrivene, jer se kvantni efekti manifestiraju na izuzetno malim razmjerima.

U 50-ima. XX vijek R. Feynman, J. Schwinger i S. Tomogawa samostalno su kreirali kvantnu elektrodinamiku, povezujući kvantnu mehaniku sa relativističkim konceptima i objašnjavajući mnoge efekte dobijene u proučavanju atoma i njihovog zračenja. Tada je razvijena teorija slabih interakcija i pokazano je da se elektromagnetizam može matematički kombinirati samo sa slabim interakcijama. Jedan od njegovih autora, pakistanski teorijski fizičar A. Salam, napisao je: „Tajna Einsteinovog postignuća je u tome što je shvatio osnovnu važnost naboja u gravitacijskoj interakciji. I dok ne shvatimo prirodu naboja u elektromagnetskim, slabim i jakim interakcijama toliko duboko kao što je Einstein učinio gravitaciju, malo je nade za uspjeh u konačnom ujedinjenju ... Željeli bismo ne samo da nastavimo Einsteinove pokušaje u kojima on nije uspio uspjeti, ali također uključiti i ostale troškove u ovaj program. "

Interes za višedimenzionalne teorije oživio je i opet su se počeli okretati radovima Einsteina, Bergmana, Kaluze, Rumera i Jordana. U radovima sovjetskih fizičara (L.D. Landau, I.Y. Pomeranchuk, E.S. Fradkin) prikazano je da se na udaljenostima od 10 -33 cm u kvantnoj elektrodinamici pojavljuju nepopravljive kontradikcije (razlike, anomalije, svi naboji nestaju). Mnogi naučnici su radili na idejama za jedinstvenu teoriju. S. Weinberg, A. Salam i S. Glashow pokazali su da se elektromagnetizam i slaba nuklearna interakcija mogu smatrati manifestacijom neke vrste "elektroslabe" sile i da su pravi nositelji jake interakcije kvarkovi. Stvorena teorija je kvantna hromodinamika- izgradili protone i neutrone od kvarkova i formirali takozvani standardni model elementarnih čestica.

Čak je i Planck primijetio temeljnu ulogu veličina sastavljenih od tri konstante koje određuju osnovne teorije - SRT (brzina svjetlosti c), kvantna mehanika (Planckova konstanta h) i Newtonova teorija gravitacije (gravitaciona konstanta G). Iz njihove kombinacije mogu se dobiti tri količine (Planck) sa

dimenzije mase, vremena i dužine

5 10 93 g / cm 3. Planckova dužina se poklapa s kritičnom udaljenostom na kojoj kvantna elektrodinamika gubi svoje značenje. Sada je geometrija određena samo na udaljenostima većim od 10 - 16 cm, što je za 17 redova veličine veće od Planckovih! Objedinjavanje interakcija neophodno je kako bi se uklonile razlike i anomalije u teoriji - problem je bio u definiciji čestica kao tačaka i njihovom izobličenju prostora-vremena. I počeli su to tražiti uz pomoć ideja viših simetrija. Ove ideje dobile su „drugi vjetar“ 80-ih. XX vijek u teorijama velikog ujedinjenja TVO-a i supergravitacije. TVO je teorija koja vam omogućava da objedinite sve interakcije, osim gravitacijske. Ako uspijemo kombinirati gravitacijsku interakciju s njom, tada dobivamo Teoriju svega što jest (TVS). Tada će svijet biti opisan jednoliko. Potraga za takvom "supersilom" se nastavlja.

Teorije supergravitacije koriste višedimenzionalne konstrukcije svojstvene geometrijskom pristupu konstrukciji opšte relativnosti. Možete stvoriti svijet od različite brojeve dimenzije (koriste se 11- i 26-dimenzionalni modeli), ali 11-dimenzionalni su s matematičkog gledišta najzanimljiviji i najljepši: 7 je minimalni broj skrivenih dimenzija prostor-vremena koji omogućavaju uključivanje tri ne- gravitacijske sile u teoriji, a 4 su uobičajene dimenzije prostora-vremena. Četiri poznate interakcije smatraju se geometrijskim konstrukcijama s više od pet dimenzija.

Teorija superstruna razvija se od sredine 1980-ih. XX vijek zajedno sa supergravitacijom. Ovu su teoriju razvili engleski naučnik M. Green i američki naučnik J. Schwartz. Umjesto u tačku, preslikali su čestice u jednodimenzionalni niz smješten u višedimenzionalni prostor. Ova teorija, zamjenjujući točkaste čestice sitnim energetskim omčama, eliminirala je apsurde koji nastaju u proračunima. Kozmičke žice - to su egzotične nevidljive formacije generirane teorijom elementarnih čestica. Ova teorija odražava hijerarhiju razumijevanja svijeta - mogućnost da ne postoji konačna osnova za fizičku stvarnost, već samo niz manjih i manjih čestica. Postoje vrlo masivne čestice i oko hiljadu čestica bez mase. Svaka žica, koja ima Planckovu veličinu (10 -33 cm), može imati beskonačno mnogo vrsta (ili načina) vibracija. Kao što vibracija žica violine generira različite zvukove, tako i vibracija tih žica može generirati sve sile i čestice. Superstrings omogućavaju vam da shvatite hiralnost (s grčkog. cheir- ruka), dok supergravitacija ne može objasniti razliku između lijevog i desnog - u njemu postoje jednaki dijelovi svakog smjera. Teorija superniza, poput supergravitacije, nije povezana s iskustvom, već s uklanjanjem anomalija i divergencija, što je karakterističnije za matematiku.

Američki fizičar E. Witten zaključio je da je teorija superstruna glavna nada za budućnost fizike, ona ne samo da uzima u obzir mogućnost gravitacije, već i potvrđuje njeno postojanje, a gravitacija je posljedica teorije superniza. Njegova tehnologija, pozajmljena iz topologije i kvantne teorije polja, omogućava otkrivanje dubokih simetrija između zapletenih visokodimenzionalnih čvorova. Dimenzija koja odgovara relativno konzistentnoj teoriji je fiksirana, jednaka je 506.

Teorija superniza može objasniti "nezgrapnu" raspodjelu materije u svemiru. Super žice su niti preostale od supstance novorođenog svemira. Nevjerovatno su pokretni i gusti, savijajući prostor oko sebe, tvoreći klupke i petlje, a masivne petlje mogle bi stvoriti gravitacijsku privlačnost dovoljno snažnu da daju elementarne čestice, galaksije i nakupine galaksija. Do 1986. objavljeni su mnogi radovi o kosmičkim žicama, iako oni sami još nisu otkriveni. Pronalaženje superniza smatra se mogućim zbog zakrivljenosti prostora koju oni uzrokuju, djelujući poput gravitacijske leće, ili gravitacijskim valovima koje emitiraju. Evolucija superniza odvija se na računarima, a na ekranu se pojavljuju slike koje odgovaraju onima koje se uočavaju u svemiru - tamo se također formiraju vlakna, slojevi i džinovske šupljine u kojima praktično nema galaksija.

Ova izvanredna konvergencija kozmologije i fizike elementarnih čestica u posljednjih 30 godina omogućila je razumijevanje suštine procesa rađanja prostora-vremena i materije u kratkom intervalu od 10 -43 do 10 -35 s nakon primarna singularnost, tzv Veliki prasak. Broj dimenzija 10 (supergravitacija) ili 506 (teorija superstruna) nije konačan, mogu se pojaviti složenije geometrijske slike, ali mnoge dodatne dimenzije nisu dostupne za direktno otkrivanje. Prava geometrija Univerzuma vjerovatno nema tri prostorne dimenzije, što je tipično samo za našu Metagalaksiju - vidljivi dio Univerzuma.

I svi su se, osim tri, u vrijeme Velikog praska (prije 10-15 milijardi godina) srušili na Planckove veličine. Na velikim udaljenostima (do veličine Metagalaksije 10 28 cm) geometrija je euklidska i trodimenzionalna, a kod Planckova je neeuklidska i višedimenzionalna. Smatra se da bi teorije svih stvari, koje se sada razvijaju, trebale kombinirati opise svih temeljnih interakcija između čestica.

Slučajnost predmeta istraživanja promenila je postojeću naučnu metodologiju. Astronomija se smatrala promatračkom naukom, a akceleratori oruđem u fizici čestica. Sada su počeli graditi pretpostavke o svojstvima čestica i njihovoj interakciji u kosmologiji, i postalo je moguće testirati ih već za trenutnu generaciju naučnika. Dakle, iz kozmologije proizlazi da bi broj osnovnih čestica trebao biti mali. Ovo predviđanje odnosilo se na analizu procesa primarne sinteze nukleona, kada je doba Svemira bilo oko 1 s, i napravljeno je u vrijeme kada se činilo da će postizanje velikih snaga na akceleratorima dovesti do povećanja broj elementarnih čestica. Da postoji mnogo čestica, svemir bi sada bio drugačiji.

Materijalizacija duhova i distribucija slonova.
Ulaznice od 50 kopejki do 2 ruble.
I. Ilf, E Petrov

Šta su temeljne interakcije i temeljna polja? Zašto se temeljna polja mogu smatrati jednim od sastojaka materije?

Lekcija-predavanje

Činjenica da je polje posebna vrsta materije može se pročitati u mnogim udžbenicima fizike, pa čak i u enciklopedijskom rječniku. Ali objašnjenja za ovu izjavu nisu uvijek pronađena. Stoga značenje rečenog često ostaje nerazumljivo. Pokušajmo to shvatiti i „materijalizirati polje“. Imajte na umu da se gornja izjava ne odnosi na bilo koja polja, već samo na osnovna. Koja su temeljna polja?

Osnovne interakcije i temeljna polja... Studirajući fiziku, upoznali ste se sa raznim silama - silom elastičnosti, silom trenja, silom gravitacije. Svaka od ovih sila karakteriše neku interakciju između tijela. Kao što znate, razvoj nauke pokazao je da su sva makroskopska tijela sastavljena od atoma i molekula (tačnije, od jezgara i elektrona). Iz atomsko-molekularnog modela proizlazi da se neke interakcije između makroskopskih tijela mogu predstaviti kao rezultat interakcije između atoma i molekula ili, uz još dublje produbljivanje u strukturu materije, kao rezultat interakcije između jezgara i elektroni koji čine makroskopska tijela.

Konkretno, sile poput elastične sile i sile trenja rezultat su sila koje djeluju između elektrona i jezgara. Ali nije bilo moguće gravitacijske interakcije i elektromagnetske interakcije svesti na bilo koje druge interakcije, iako su takvi pokušaji učinjeni.

Da bi okarakterizirali interakcije koje se ne mogu svesti na druge interakcije, počeli su koristiti koncept fundamentalnošto znači "osnovno".

Kao što je spomenuto u prethodnom odjeljku, temeljne gravitacijske i elektromagnetske interakcije mogu se smatrati _ na osnovu interakcije s poljem. Počela su se nazivati polja koja odgovaraju temeljnim interakcijama osnovna polja.

Osnovne interakcije su gravitacijske i elektromagnetske interakcije.

Razvoj nauke pokazao je da gravitaciona i elektromagnetska interakcija nisu jedine temeljne interakcije. Trenutno su otkrivene četiri osnovne interakcije. O dvije druge temeljne interakcije saznajemo kada proučavamo mikrosvijet.

Elektromagnetska i gravitaciona polja su osnovna polja koja se ne mogu svesti na kretanje bilo kojih čestica.

Dalji i kratki domet... Već znamo da se interakcija između čestica (nabijenih i nenapunjenih) može opisati uz pomoć polja, ali moguće je ne uvoditi pojam polja. Koncept prema kojem se interakcija između čestica opisuje direktno, bez uvođenja koncepta polja, naziva se konceptom dugog dometa. Ovo ime znači da čestice međusobno djeluju na udaljenoj udaljenosti. Suprotno tome, drugi koncept, prema kojem se interakcija vrši kroz medij polja (gravitacijsko i elektromagnetsko), naziva se koncept bliske akcije. Značenje koncepta kratkotrajnog djelovanja je u tome što čestica djeluje u interakciji s poljem koje se nalazi u njegovoj blizini, iako samo to polje mogu stvoriti čestice koje su vrlo daleko (slika 13).

Pirinač. 13. Ilustracija interakcije zasnovane na konceptu dugotrajnog djelovanja (a) i konceptu kratkotrajnog djelovanja (b.c)

U prvom slučaju (vidi sliku 13, a), sila F djeluje na naboj q sa strane naboja Q koja se nalazi na udaljenosti r. U drugom slučaju, naboj Q stvara polje E (x, y, z) u prostoru oko sebe. Konkretno, u točki s koordinatama x 0, y 0, z 0, gdje se nalazi naboj q, stvara se polje E (x 0, y 0, z 0) (vidi sliku 13, b). Ovo polje, a ne direktno naboj Q, komunicira sa nabojem q (vidi sliku 13, c).

Istorijski se znanje o prirodi razvilo na takav način da je koncept kratkotrajnog djelovanja, predložen 30-ih godina. XIX. Stoljeće, engleski fizičar M. Faraday, doživljavao je samo kao prikladan opis.

Situacija se iz temelja promijenila nakon otkrića elektromagnetskih valova koji se šire konačnom brzinom - brzinom svjetlosti. Iz teorije elektromagnetskih valova slijedilo je da se svaka promjena u elektromagnetskom polju širi kroz prostor također brzinom svjetlosti. Pozivajući se na primjer prikazan na slici 13, možemo reći da ako se naboj Q u nekom trenutku počne kretati, tada će naboj q "osjetiti" promjenu sile koja na njega djeluje ne istovremeno, već nakon vrijeme r / s (c je brzina svjetlosti), odnosno vrijeme potrebno da elektromagnetski val dosegne od naboja Q do napunjenja q.

Konačno širenje elektromagnetskih valova dovodi do činjenice da opis elektromagnetske interakcije zasnovan na konceptu dugotrajnog djelovanja postaje nezgodan.

Da biste to razumjeli, razmotrite sljedeći primjer. 1054. godine na nebu se pojavila sjajna zvijezda, čija se svjetlost nekoliko tjedana promatrala čak i tokom dana. Tada je zvijezda nestala, a trenutno je u području nebeske sfere gdje se zvijezda nalazila zabilježena slabo svijetleća formacija koja se naziva Rakova maglica. U skladu sa modernim idejama o evoluciji zvijezda, zvijezda je pukla, tokom koje se njena snaga zračenja povećala milijardama puta, nakon čega se zvijezda raspala. Umesto sjajne zvezde nastala je praktično neemitirajuća neutronska zvezda i širi se oblak slabo užarenih gasova.

Sa stanovišta koncepta kratkotrajnog djelovanja, promatranje svjetlosti zvijezde svodi se na sljedeće. Naboji na zvijezdi stvorili su polje koje je do Zemlje stiglo u obliku vala i utjecalo na elektrone u mrežnici oka posmatrača. U ovom slučaju, val je stotinama godina dopirao do Zemlje. Ljudi su gledali bljesak zvijezde kad same zvijezde više nije bilo. Ako ovo zapažanje pokušamo opisati na osnovu koncepta dugotrajnog djelovanja, tada moramo pretpostaviti da naboji u mrežnici oka ne djeluju sa nabojima zvijezde, već s onima koji su nekada bili na zvijezda, koja više ne postoji. Imajte na umu da u procesu stvaranja neutronske zvijezde mnogi naboji nestaju, jer se neutroni formiraju od elektrona i protona - neutralnih čestica koje praktično ne sudjeluju u elektromagnetskoj interakciji. Složite se da opis zasnovan na interakciji s onim što je nekada bilo, a koji u ovom trenutku ne postoji, "nije baš zgodan".

Drugi razlog za prepoznavanje polja kao materijala povezan je s činjenicom da elektromagnetski talas nosi energiju i zamah kroz svemir (za više detalja vidi § 57). Ako se polje ne smatra materijalnim, onda treba prepoznati da energija i impuls nisu povezani s nečim materijalnim i sami se prenose kroz prostor.

Teorija relativnosti, koju je 1905. formulisao Albert Einstein, temelji se na postulatu da ne postoje interakcije (uključujući one temeljne) koje se šire brže od svjetlosti.

Ovaj smo odlomak započeli s "materijalizujućim duhovima". Fizičari su duhoviti ljudi, a pojam "duhovi" već se koristi u modernoj teoriji polja. Možemo reći da se ti duhovi još nisu materijalizirali, odnosno nisu primijećeni u iskustvu. Ali nauka o temeljnim poljima još nije dovršena.

Konačnost širenja osnovnih polja i njihova veza sa energijom i zamahom (prenos energije i impulsa tim poljima) dovode do prepoznavanja ovih polja kao jednog od sastojaka materije. Materija je tako predstavljena česticama (materijom) i osnovnim poljima.

Koje je značenje pojmova "temeljna polja" i "temeljne interakcije"?
Navedite primjere polja koja nisu temeljna.
Razmislite i dajte primjere ne-fundamentalnih interakcija.

Varijabla polja može se formalno smatrati na isti način kao što se prostorna koordinata smatra u uobičajenoj kvantnoj mehanici, a kvantni operator odgovarajućeg imena povezan je s varijablom polja.

Paradigma polja, koji predstavlja svu fizičku stvarnost na osnovnom nivou, sveden na mali broj uzajamno djelujućih (kvantiziranih) polja, ne samo da je jedno od najvažnijih u modernoj fizici, već je možda nesumnjivo i dominantno.

Najlakši način je vizualizirati polje (kada dolazi, na primjer, o temeljnim poljima koja nemaju očiglednu neposrednu mehaničku prirodu) kao poremećaj (odstupanje od ravnoteže, kretanje) nekog (hipotetskog ili jednostavno imaginarnog) kontinuiranog medija koji ispunjava čitav prostor. Na primjer, kao deformacija elastičnog medija, čije se jednadžbe gibanja podudaraju s jednadžbama polja apstraktnijeg polja koje želimo vizualizirati ili su blizu njima. Povijesno se takav medij zvao eter, ali kasnije je taj izraz gotovo u potpunosti izašao iz upotrebe, a njegov implicirani fizički značajan dio stopio se sa samim konceptom polja. Ipak, za temeljno vizuelno razumijevanje koncepta fizičkog polja u opšti obris takav prikaz je koristan, s obzirom na to da se u okviru moderne fizike takav pristup uglavnom uzima uglavnom kao ilustracija.

Fizičko polje se, prema tome, može okarakterizirati kao distribuirani dinamički sistem s beskonačnim brojem stupnjeva slobode.

Ulogu varijable polja za osnovna polja često igra potencijal (skalar, vektor, tenzor), ponekad veličina koja se naziva jakost polja. (Za kvantizirana polja, u određenom smislu, odgovarajući operator je također generalizacija klasičnog koncepta varijable polja).

Isto polje u fizici se naziva fizička veličina koja se smatra ovisno o mjestu: kao cjelina, općenito govoreći, različitih vrijednosti ove veličine za sve točke nekog produženog kontinuiranog tijela - kontinuiranog medija, koji u cjelini opisuje stanje ili kretanje ovog produženog tijela. Primjeri takvih polja mogu biti:

temperatura (općenito govoreći, različita u različitim točkama, kao i u različito vrijeme) u nekom mediju (na primjer, u kristalu, tečnosti ili plinu) - temperaturno polje (skalarno),
brzina svih elemenata određene zapremine fluida je vektorsko polje brzina,
vektorsko polje pomaka i polje naprezanja tenzora tijekom deformacije elastičnog tijela.

Dinamika takvih polja također je opisana jednačinama parcijalnih diferencijala, a povijesno su se takva polja prvi put razmatrala u fizici, počevši od 18. stoljeća.

Suvremeni koncept fizičkog polja izrastao je iz ideje o elektromagnetskom polju, kojeg je u fizički konkretnom i relativno bliskom modernom obliku prvi put realizirao Faraday, matematički dosljedno implementirao Maxwell - u početku koristeći mehanički model hipotetičkog kontinuiranog medija - eter, ali je onda otišao dalje od upotrebe mehaničkog modela.

Osnovna polja

Među poljima u fizici razlikuju se takozvani fundamentalni. To su polja koja, prema poljskoj paradigmi moderne fizike, čine osnovu fizičke slike svijeta, a sva druga polja i interakcije iz njih su izvedene. Uključuju dvije glavne klase polja koja međusobno djeluju:

temeljna fermionska polja, koja prvenstveno predstavljaju fizičku osnovu opisa materije,
osnovna bozonska polja (uključujući gravitaciono, koje je polje tenzora), koja su proširenje i razvoj koncepta Maxwellovih elektromagnetnih i njutnovskih gravitacionih polja; teorija se temelji na njima.

Postoje teorije (na primjer, teorija struna, razne druge teorije ujedinjavanja) u kojima ulogu temeljnih polja igra nekoliko drugih, još temeljnijih sa stanovišta ovih teorija, polja ili predmeta (i trenutnih temeljnih polja). pojavljuju se ili bi se u nekim teorijama trebali pojaviti kao "fenomenološka" posljedica). Međutim, zasad takve teorije nisu dovoljno potvrđene ili općenito prihvaćene.

istorija

Povijesno gledano, među temeljnim poljima, polja koja su odgovorna za elektromagnetsko (električno i magnetsko polje, zatim kombinirano u elektromagnetsko polje) i gravitacijsku interakciju su prvo otkrivena (upravo kao fizička polja). Ova polja su otkrivena i proučena dovoljno detaljno već u klasičnoj fizici. Isprva su ta polja (u okviru Newtonove teorije gravitacije, elektrostatike i magnetostatike) većinu fizičara tražila više kao formalne matematičke objekte uvedene radi formalne pogodnosti, a ne kao punopravnu fizičku stvarnost, uprkos pokušajima dubljeg fizičko razumijevanje, koje je, međutim, ostalo prilično nejasno ili nije urodilo previše značajnim plodom. No, počevši od Faradaya i Maxwella, pristup polju (u ovom slučaju, elektromagnetskom polju) kao potpuno smislenoj fizičkoj stvarnosti počeo se sustavno i vrlo plodno primjenjivati, uključujući značajan proboj u matematičkoj formulaciji ovih ideja.

S druge strane, kako se kvantna mehanika razvijala, postajalo je sve jasnije da materija (čestice) posjeduje svojstva koja su teoretski svojstvena poljima.

Stanje tehnike

Tako se pokazalo da se fizička slika svijeta u osnovi može svesti na kvantizirana polja i njihovu interakciju.

Do neke mjere, uglavnom u okviru formalizma integracije nad putanjama i Feynmanovim dijagramima, desilo se i suprotno kretanje: polja se mogu u primjetnoj mjeri predstaviti kao gotovo klasične čestice (tačnije, kao superpozicija beskonačnog broja gotovo klasične čestice koje se kreću duž svih zamislivih putanja), a interakcija polja među sobom slična je rađanju i apsorpciji jednih drugih česticama (također uz superpoziciju svih zamislivih varijanti takvih). I premda je ovaj pristup vrlo lijep, prikladan i u mnogim aspektima psihološki omogućava povratak ideji čestice s dobro definiranom putanjom, on ipak ne može otkazati pogled na teren na stvari i nije čak ni potpuno simetrična alternativa to (i stoga bliže lijepom, psihološki i praktično prikladnom, ali ipak samo formalnom prijemu nego potpuno neovisnom konceptu). Ovdje su dvije ključne točke:

postupak superpozicije ni na koji način nije "fizički" objašnjiv u okviru zaista klasičnih čestica, zar ne upravo dodano na gotovo klasičnu "korpuskularnu" sliku, koja nije njen organski element; u isto vrijeme, sa stanovišta polja, ova superpozicija ima jasnu i prirodnu interpretaciju;
sama čestica, koja se kreće jednom odvojenom putanjom u formalizmu integrala duž putanja, iako je vrlo slična klasičnoj, ali ipak klasična nije u potpunosti: uobičajenom klasičnom kretanju duž određene putanje s određenim zamahom i koordinirati u svakom određenom trenutku, čak i za jednu jedinu putanju - morate dodati koncept faze (tj. neko svojstvo vala), koji je potpuno pristup ovom pristupu u svom čistom obliku i ovom trenutku (iako je zaista minimiziran i prilično je lako o tome ne razmišljati) također nema nikakvu organsku internu interpretaciju; ali u okviru uobičajenog terenskog pristupa, takva interpretacija opet postoji i opet je organska.

Dakle, možemo zaključiti da je pristup integracije duž putanja, iako je vrlo psihološki prikladan (uostalom, recimo, točkasta čestica s tri stupnja slobode mnogo je jednostavnija od beskonačno-dimenzionalnog polja koje je opisuje) i dokazao je praktična produktivnost, ali još uvijek samo neka preformulisanje, iako prilično radikalan, terenski koncept, a ne njegova alternativa.

I premda riječima na ovom jeziku sve izgleda vrlo "korpuskularno" (na primjer: "interakcija nabijenih čestica objašnjava se razmjenom druge čestice - nosioca interakcije" ili "uzajamna odbojnost dva elektrona posljedica je razmjena virtualnog fotona između njih "), ali iza toga stoje takve tipične stvarnosti polja, poput širenja valova, iako dovoljno dobro skrivene radi stvaranja efikasne šeme proračuna i u mnogim aspektima pružajući dodatne mogućnosti za kvalitativno razumijevanje.

Spisak osnovnih polja

Temeljna bozonska polja (polja su nosioci temeljnih interakcija)

Ova polja su polja za kalibraciju u okviru standardnog modela. Poznati su takvi tipovi:

Electroweak
- Elektromagnetno polje (vidi takođe Photon)
- Polje je nosilac slabe interakcije (vidi također W- i Z-bozone)
gluonsko polje (vidi takođe gluon)

Hipotetička polja

Bilo koji teorijski objekti (na primjer polja) koji su opisani teorijama koje ne sadrže unutarnje kontradikcije, očito ne proturječe zapažanjima i sposobne su u isto vrijeme dati uočljive posljedice koje omogućuju izbor u korist ovih teorija u poređenju sa onima, mogu se smatrati hipotetičkim u širem smislu, što je sada prihvaćeno. U nastavku ćemo govoriti (i to uglavnom odgovara uobičajenom razumijevanju pojma) uglavnom o hipotetičnosti u ovom užem i strožem smislu, podrazumijevajući valjanost i lažiranje pretpostavke, koju nazivamo hipotezom.

U teorijskoj fizici razmatra se mnogo različitih hipotetičkih polja, od kojih svako pripada potpuno specifičnoj teoriji (u pogledu svog tipa i matematičkih svojstava, ta polja mogu biti potpuno ili gotovo ista kao poznata nehipotetička polja, ali se mogu više razlikovati ili manje snažno; u oba slučaja njihova hipotetičnost znači da još nisu uočeni u stvarnosti, nisu eksperimentalno otkriveni; s obzirom na neka od hipotetičkih polja, može se postaviti pitanje mogu li se načelno promatrati , pa čak i mogu li uopće postojati - na primjer, ako se teorija u kojoj su prisutni iznenada pokaže unutarnje kontradiktornom).

Pitanje šta treba smatrati kriterijem koji omogućava prenošenje određenog polja iz kategorije hipotetičkog u kategoriju stvarnih prilično je suptilno, jer su potvrda određene teorije i stvarnosti određenih objekata koji se u njoj nalaze često više ili manje indirektne. U ovom slučaju, stvar se obično svodi na neku vrstu razumnog dogovora znanstvene zajednice (čiji su članovi manje-više detaljno svjesni o kojem stupnju potvrde zapravo govore).

Čak i u teorijama koje se smatraju dovoljno dobro potvrđenim, ima mjesta za hipotetička polja (ovdje govorimo o činjenici da su različiti dijelovi teorije testirani s različitim stupnjem njege, a neka od polja koja igraju važnu ulogu kod njih se u principu još nisu posve definitivno manifestirali u eksperimentu, to jest, zasad izgledaju potpuno poput hipoteze izmišljene u određene teorijske svrhe, dok su druga polja koja djeluju u istoj teoriji proučena dovoljno dobro da mogu govoriti o njima kao stvarnost).

Primjer takvog hipotetičkog polja je Higgsovo polje, što je važno u Standardnom modelu, čija preostala polja nikako nisu hipotetička, a sam model, iako s neizbježnim rezervama, smatra se da opisuje stvarnost (barem koliko je stvarnost poznata).

Mnogo je teorija koje sadrže polja koja (do sada) nikada nisu primijećene, a ponekad te teorije same daju takve procjene da njihova hipotetička polja očigledno (zbog slabosti njihove manifestacije koja proizlaze iz same teorije) i u principu ne mogu biti otkrivena u doglednoj budućnosti (na primjer, torzijsko polje). Takve teorije (ako ne sadrže, pored praktično neprovjerljivih, i dovoljan broj posljedica koje je lakše testirati), ne smatraju se praktičnim interesom, osim ako neke netrivijalne novi način provjeravajući ih kako bi zaobišli očigledna ograničenja. Ponekad se (kao, na primjer, u mnogim alternativnim teorijama gravitacije - na primjer, Dickeovom polju) uvode takva hipotetička polja, o snazi manifestacije kojih sama teorija ne može ništa reći (na primjer, konstanta sprege ovo polje s drugima je nepoznato i može biti prilično veliko i proizvoljno malo); obično se ne žuri s provjerom takvih teorija (budući da takvih teorija ima mnogo, a svaka od njih nije dokazala svoju korisnost, a čak je i formalno neotkrivena), osim u slučajevima kada jedna od njih iz nekog razloga to učini ne počinju izgledati obećavajuće za rješavanje nekih trenutnih poteškoća (međutim, od filtriranja teorija na osnovu ne-falsificiranosti - posebno zbog neodređenih konstanti - oni to ovdje ponekad odbijaju, jer se ozbiljna teorija zvuka ponekad može testirati u nadi da njegov će se učinak otkriti, iako za to ne postoji garancija; To je posebno istinito kada uopće ima malo teorija kandidata ili neke od njih izgledaju posebno temeljno zanimljive; također, u slučajevima kada je moguće provjeriti teorije širokog klasa odjednom prema poznatim parametrima, bez trošenja posebnih napora na provjeri svakog zasebno).

Također treba napomenuti da je uobičajeno hipotetičkim nazivati samo ona polja koja uopće nemaju uočljive manifestacije (ili im nedostaju, kao u slučaju Higgsovog polja). Ako je postojanje fizičkog polja čvrsto utvrđeno njegovim promatranim manifestacijama, a mi govorimo samo o poboljšanju njegovog teorijskog opisa (na primjer, o zamjeni Newtonova gravitacijskog polja s poljem metričkog tenzora u općoj relativnosti), onda je obično nije prihvaćeno govoriti o jednom ili o drugom kao o hipotetičkom (iako bi se za ranu situaciju u općoj relativnosti moglo govoriti o hipotetičkoj prirodi tenzorske prirode gravitacionog polja).

U zaključku ćemo spomenuti takva polja, čiji je tip prilično neobičan, odnosno teoretski je sasvim zamisliv, ali nijedno polje takvih tipova nikada nije primijećeno u praksi (a u nekim slučajevima i u ranim fazama razvoj njihove teorije, mogle bi se pojaviti sumnje u njenu dosljednost). Tu spadaju, prije svega, tahionska polja. Zapravo, tahionska polja možemo nazvati prilično potencijalno hipotetičkim (to jest, ne postižu status obrazovana pretpostavka), budući da poznate konkretne teorije, u kojima igraju više ili manje značajnu ulogu, na primjer, teorija struna, i same nisu dostigle status dovoljno potvrđene.

Još egzotičnija (na primjer, Lorentz-neinvarijantna - koja krši princip relativnosti) polja (uprkos činjenici da su apstraktno teoretski sasvim zamisliva) u modernoj fizici mogu se pripisati tome da stoje prilično izvan okvira obrazložene pretpostavke, to jest, strogo govoreći, oni se ne smatraju čak ni kao

). [ ]

Najlakši je način vizualizirati polje (kada govorimo, na primjer, o temeljnim poljima koja nemaju očiglednu direktnu mehaničku prirodu) kao poremećaj (odstupanje od ravnoteže, kretanje) nekog (hipotetskog ili jednostavno imaginarnog) kontinuiranog medija koji ispunjava čitav prostor. Na primjer, kao deformacija elastičnog medija, čije se jednadžbe gibanja podudaraju s jednadžbama polja apstraktnijeg polja koje želimo vizualizirati ili su blizu njima. Povijesno se takav medij zvao eter, ali kasnije je taj izraz gotovo u potpunosti izašao iz upotrebe, a njegov implicirani fizički značajan dio stopio se sa samim konceptom polja. Ipak, za temeljno vizuelno razumijevanje koncepta fizičkog polja u općenitim crtama, takav prikaz je koristan, s obzirom na to da se u okviru moderne fizike takav pristup obično uglavnom uzima samo u svrhu ilustracije.

Fizičko polje se, prema tome, može okarakterizirati kao distribuirani dinamički sistem s beskonačnim brojem stupnjeva slobode.

temperatura (općenito govoreći, različita u različitim točkama, kao i u različito vrijeme) u nekom mediju (na primjer, u kristalu, tečnosti ili plinu) - temperaturno polje (skalarno),
brzina svih elemenata određene zapremine fluida je vektorsko polje brzina,
vektorsko polje pomaka i polje naprezanja tenzora tijekom deformacije elastičnog tijela.

Dinamika takvih polja također je opisana jednačinama parcijalnih diferencijala, a povijesno su se takva polja prvi put razmatrala u fizici, počevši od 18. stoljeća.

Osnovna polja

temeljna fermionska polja, koja prvenstveno predstavljaju fizičku osnovu opisa materije,
osnovna bozonska polja (uključujući gravitaciono, koje je polje tenzora), koja su proširenje i razvoj koncepta Maxwellovih elektromagnetnih i njutnovskih gravitacionih polja; teorija se temelji na njima.

istorija

S druge strane, kako se kvantna mehanika razvijala, postajalo je sve jasnije da materija (čestice) posjeduje svojstva koja su teoretski svojstvena poljima.

Stanje tehnike

Tako se pokazalo da se fizička slika svijeta u osnovi može svesti na kvantizirana polja i njihovu interakciju.

postupak superpozicije ni na koji način nije "fizički" objašnjiv u okviru zaista klasičnih čestica, zar ne upravo dodano na gotovo klasičnu "korpuskularnu" sliku, koja nije njen organski element; u isto vrijeme, sa stanovišta polja, ova superpozicija ima jasnu i prirodnu interpretaciju;
sama čestica, koja se kreće jednom odvojenom putanjom u formalizmu integrala duž putanja, iako je vrlo slična klasičnoj, ali ipak klasična nije u potpunosti: uobičajenom klasičnom kretanju duž određene putanje s određenim zamahom i koordinirati u svakom određenom trenutku, čak i za jednu jedinu putanju - morate dodati koncept faze (tj. neko svojstvo vala), koji je potpuno pristup ovom pristupu u svom čistom obliku i ovom trenutku (iako je zaista minimiziran i prilično je lako o tome ne razmišljati) također nema nikakvu organsku internu interpretaciju; ali u okviru uobičajenog terenskog pristupa, takva interpretacija opet postoji i opet je organska.

Spisak osnovnih polja

Temeljna bozonska polja (polja su nosioci temeljnih interakcija)

Ova polja su polja za kalibraciju u okviru standardnog modela. Poznati su takvi tipovi:

Electroweak
- Elektromagnetno polje (vidi takođe Photon)
- Polje je nosilac slabe interakcije (vidi također W- i Z-bozone)
gluonsko polje (vidi takođe gluon)

Hipotetička polja

Mnogo je teorija koje sadrže polja koja (do sada) nikada nisu primijećene, a ponekad te teorije same daju takve procjene da njihova hipotetička polja očigledno (zbog slabosti njihove manifestacije koja proizlaze iz same teorije) i u principu ne mogu biti otkrivena u doglednoj budućnosti (na primjer, torzijsko polje). Takve se teorije (ako ne sadrže, pored praktično neprovjerljivih, i dovoljan broj posljedica koje je lakše testirati), ne smatraju praktičnim interesom, osim ako se ne pojavi neki novi netrivijalni način njihovog testiranja, koji omogućava zaobilaženje očigledna ograničenja. Ponekad se (kao, na primjer, u mnogim alternativnim teorijama gravitacije - na primjer, Dickeovom polju) uvode takva hipotetička polja, o snazi manifestacije kojih sama teorija ne može ništa reći (na primjer, konstanta sprezanja ovog polja s drugima je nepoznato i može biti prilično veliko i proizvoljno malo); obično se ne žuri s provjerom takvih teorija (budući da takvih teorija ima mnogo, a svaka od njih nije dokazala svoju korisnost, pa čak je i formalno neotkrivena), osim u slučajevima kada jedna od njih iz nekog razloga to učini ne počinju izgledati obećavajuće za rješavanje nekih trenutnih poteškoća (međutim, od filtriranja teorija na osnovu ne-falsificiranosti - posebno zbog neodređenih konstanti - oni to ovdje ponekad odbijaju, jer se ozbiljna teorija zvuka ponekad može testirati u nadi da njegov će se učinak otkriti, iako za to ne postoji garancija; To je posebno istinito kada uopće ima malo teorija kandidata ili neke od njih izgledaju posebno temeljno zanimljive; također, u slučajevima kada je moguće provjeriti teorije širokog klasa odjednom koristeći poznate parametre, bez trošenja posebnih napora na provjeri svakog zasebno).

U zaključku ćemo spomenuti takva polja, čiji je tip prilično neobičan, odnosno teoretski je sasvim zamisliv, ali nijedno polje takvih tipova nikada nije primijećeno u praksi (a u nekim slučajevima i u ranim fazama razvoj njihove teorije, mogle bi se pojaviti sumnje u njenu dosljednost). Tu spadaju, prije svega, tahionska polja. Zapravo, tahionska polja možemo nazvati prilično potencijalno hipotetičkim (to jest, ne postižu status obrazovana pretpostavka), jer su poznate konkretne teorije, u kojima igraju više ili manje značajnu ulogu, na primjer, spinor polja.

Polje je definirano u cijelom prostoru ako je osnovno polje. Polja poput polja brzine protoka fluida ili polja deformacije kristala definirana su u području prostora ispunjenog odgovarajućim medijem.

U modernim terminima obično izgleda kao polje o (ne) prostoru-vremenu, pa se zavisnost varijable polja o vremenu smatra gotovo jednakom zavisnosti od prostornih koordinata.

Uprkos prisustvu alternativnih koncepata ili reinterpretacija, manje ili više udaljenih od svoje standardne verzije, koja, međutim, još ne može dobiti odlučujuću prednost nad njom, pa čak ni ravnopravnost s njom (a da se u pravilu ne ide dalje od prilično marginalnih pojava vrhunska teorijska fizika), niti po pravilu predaleko od nje, ostavljajući je u cjelini (za sada) središnjim mjestom.

Za razliku od klase fizičkih polja iz fizike kontinuiranih medija spomenute nešto u nastavku, koje same po sebi imaju prilično vizuelnu prirodu, spomenuto u donjem članku.

Iz različitih povijesnih razloga, od kojih je najmanje važna činjenica da koncept etera psihološki podrazumijeva prilično specifičnu primjenu koja može dati eksperimentalno provjerene posljedice, međutim, u stvarnosti nisu pronađene fizički uočljive netrivijalne posljedice nekih od ovih modela , posljedice drugih izravno su protivrječile eksperimentu, pa je koncept fizički stvarnog etera postepeno prepoznavan kao suvišan, a samim tim i sam pojam je iz fizike izašao iz upotrebe. Ne najmanje važnu ulogu u tome imao je sljedeći razlog: u vrijeme vrhunca rasprave o primjenjivosti koncepta etra na opis elektromagnetskog polja, "materija", "čestice" su se smatrali objektima fundamentalno različite prirode, pa se njihovo kretanje prostorom ispunjenim eterom činilo nezamislivim ili zamislivim s ogromnim poteškoćama; nakon toga je ovaj razlog u osnovi prestao postojati zbog činjenice da su se materija i čestice počele opisivati i kao poljski objekti, ali u to vrijeme riječ eter već bio gotovo zaboravljen kao stvarni koncept teorijske fizike.

Iako je u nekim radovima savremenih teoretičara ponekad upotreba koncepta etra dublja - vidi AM Polyakov "Mjerna polja i žice".

Stanje i kretanje mogu značiti makroskopski položaj i mehaničko kretanje elementarnih volumena tijela, a mogu ovisiti i o prostornim koordinatama i promjenama tijekom vremena u količinama takve prirode kao što su električna struja, temperatura, koncentracija određene tvari, itd.

Supstanca je, naravno, bila poznata i ranije, ali dugo vrijeme uopće nije bilo očito da se pojam polja može povezati s opisom materije (koja je opisana pretežno "korpuskularno"). Dakle, sam pojam fizičkog polja i odgovarajući matematički aparat povijesno su razvijeni prvo u odnosu na elektromagnetsko polje i gravitaciju.

Osim slučajeva kada su najnejasnija razmatranja dovela do ozbiljnih otkrića, jer su poslužila kao poticaj za eksperimentalna istraživanja, koja su dovela do temeljnih otkrića, kao u Oerstedovom otkriću stvaranja magnetskog polja električnom strujom.

Peter Galison. Einsteinovi satovi, Poincaréove mape: carstva vremena. - 2004. - P. 389. - ISBN 9780393326048.
Vidi Poincaré-ov članak "Dinamika elektrona", odjeljak VIII (A. Poincaré. Odabrana djela, vol. 3. Moskva, Nauka, 1974.), izvještaj M. Plancka (M. Planck. Odabrana djela. Moskva, Nauka , 1975.) I članak Einsteina i Laubea "O pondemotornim silama", § 3 "Jednakost djelovanja i reakcije" (A. Einstein. Sabrana naučna djela, vol. 1. M., Nauka, 1965.) (sve za 1908).

Pojedine osobine jednadžbi polja razjašnjene su polazeći od dovoljno opšti principi kao što su Lorentzova invarijantnost i princip uzročnosti. Dakle, princip uzročnosti i princip konačnosti brzine širenja interakcija zahtijevaju da diferencijalne jednadžbe koje opisuju temeljna polja pripadaju hiperboličkom tipu.

Ove izjave vrijede za osnovna polja tahionskog tipa. Makroskopski sistemi sa svojstvima tahionskog polja nisu neuobičajeni; isto se može pretpostaviti o određenim vrstama pobuđenja u kristalima itd. (u oba slučaja mjesto brzine svjetlosti zauzima različita količina).

Ovo je opis položaja koji trenutno postoji. Naravno, oni ne znače temeljnu nemogućnost pojave sasvim dovoljno motiviranih teorija, uključujući takva egzotična polja u budućnosti (međutim, ovu mogućnost teško da treba smatrati prevjerovatnom).

M. Faraday je u nauku ušao isključivo zahvaljujući svom talentu i marljivosti u samoobrazovanju. Dolazeći iz siromašne porodice, radio je u poveznici, gdje se upoznao sa radovima naučnika i filozofa. Poznati engleski fizičar G. Davy (1778-1829), koji je doprinio ulasku M. Faradaya u znanstvenu zajednicu, jednom je rekao da je njegovo najveće dostignuće u znanosti "otkriće" M. Faradaya. M. Faraday je izumio elektromotor i električni generator, odnosno mašine za proizvodnju električne energije. Posjeduje ideju da električna energija ima jedinstvenu fizičku prirodu, odnosno bez obzira na to kako se dobiva: kretanjem magneta ili prolaskom električno nabijenih čestica u vodiču. Da bi objasnio interakciju između električnih naboja na daljinu, M. Faraday je predstavio koncept fizičkog polja. Fizičko polje predstavljao je kao svojstvo samog prostora oko električno nabijenog tijela da vrši fizički efekat na drugo nabijeno tijelo smješteno u ovom prostoru. Uz pomoć metalnih čestica pokazao je položaj i prisustvo sila koje djeluju u prostoru oko magneta (magnetne sile) i električno nabijenog tijela (električne). M. Faraday je svoje ideje o fizičkom polju izložio u pismu volje, koje je otvoreno tek 1938. godine u prisustvu članova Kraljevskog društva u Londonu. U ovom pismu otkriveno je da je M. Faraday posjedovao tehniku za proučavanje svojstava polja, au njegovoj teoriji elektromagnetski valovi se šire konačnom brzinom. Razlozi zbog kojih je svoje ideje o fizičkom polju izložio u obliku volje su vjerojatno sljedeći. Predstavnici francuske fizičke škole tražili su od njega teoretski dokaz o povezanosti električnih i magnetnih sila. Pored toga, koncept fizičkog polja, prema M. Faradayu, značio je da se širenje električnih i magnetskih sila provodi kontinuirano iz jedne točke polja u drugu i, prema tome, te sile imaju karakter snage kratkog dometa, a ne dalekometne, kako je vjerovao Sh. Coulomb. M. Faraday pripada još jednoj plodnoj ideji. Proučavajući svojstva elektrolita, otkrio je da električni naboj čestica koje čine elektricitet nije frakcijski. Ova ideja je potvrđena

određivanje naelektrisanja već krajem XIX veka.

D. Maxwell-ova teorija elektromagnetskih sila

Poput I. Newtona, D. Maxwell je dao teorijski oblik svim rezultatima istraživanja električnih i magnetskih sila. To se dogodilo 70-ih godina XIX vijeka. Svoju teoriju formulirao je na osnovu zakona komunikacije o interakciji električnih i magnetskih sila čiji se sadržaj može predstaviti na sljedeći način:

1. Bilo koja električna struja uzrokuje ili stvara magnetno polje u okolnom prostoru. Konstantna električna struja stvara konstantno magnetno polje. Ali konstantno magnetno polje (stacionarni magnet) uopće ne može stvoriti električno polje (ni konstantno ni promjenljivo).

2. Rezultirajuće naizmjenično magnetno polje stvara naizmjenično električno polje, koje, pak, stvara naizmjenično magnetno polje,

3. Linije sile električnog polja zatvorene su električnim nabojima.

4. Linije sile magnetnog polja zatvorene su same za sebe i nikad se ne završavaju, odnosno u prirodi nema magnetnih naboja.

U jednadžbama D. Maxwella postojala je određena konstantna vrijednost C, koja je ukazivala na to da je brzina širenja elektromagnetskih valova u fizičkom polju konačna i poklapa se sa brzinom širenja svjetlosti u vakuumu, jednakom 300 hiljada km / s.

Osnovni pojmovi i principi elektromagnetizma.

Neki su naučnici sa velikom sumnjom shvatili teoriju D. Maxwella. Na primjer, G. Helmholtz (1821. - 1894.) držao se gledišta prema kojem je električna energija "teška bez težine" koja se širi beskonačnom brzinom. Na njegov zahtjev, G. Hertz (1857-

1894) započeo je eksperiment koji dokazuje fluidnu prirodu električne energije.

U to doba, O. Fresnel (1788-1827) pokazao je da se svjetlost širi ne uzdužno, već poprečno. G. Hertz je 1887. godine uspio konstruirati eksperiment. Svjetlost u prostoru između električnih naboja širi se poprečnim valovima brzinom od 300 hiljada km / s. To mu je omogućilo da kaže da njegov eksperiment uklanja sumnje u identitet svjetlosti, toplotnog zračenja i elektromagnetskog kretanja valova.

Ovaj eksperiment postao je osnova za stvaranje elektromagnetske fizičke slike svijeta, čiji je jedan od sljedbenika bio G. Helmholtz. Smatrao je da sve fizičke sile koje prevladavaju u prirodi treba objasniti u smislu privlačnosti i odbijanja. Međutim, stvaranje elektromagnetske slike svijeta naišlo je na poteškoće.

1. Osnovni koncept Galileo-Newtonove mehanike bio je koncept materije,

imaju masu, ali ispostavilo se da supstanca može imati naboj.

Naplata je fizička svojina supstance stvaraju oko sebe fizičko polje, koje ima fizički učinak na druga nabijena tijela, supstance (privlačenje, odbijanje).

2. Naboj i masa supstance mogu imati različite vrijednosti, odnosno to su diskretne veličine. Istovremeno, koncept fizičkog polja uključuje kontinuirani prenos fizičke interakcije iz jedne u drugu tačku. To znači da su električne i magnetske sile sile kratkog dometa, jer u fizičkom polju nema praznog prostora koji nije ispunjen elektromagnetskim valovima.

3. U mehanici Galilea - Newtona moguća je beskrajno velika brzina

fizičke interakcije, ovdje se također navodi da je elektromagnetska

valovi se šire velikom, ali konačnom brzinom.

4. Zašto sila gravitacije i sila elektromagnetne interakcije djeluju neovisno jedna o drugoj? S udaljenošću od Zemlje, sila gravitacije opada, slabi i elektromagnetski signali djeluju u svemirskoj letjelici na potpuno isti način kao i na Zemlji. U XIX veku. jednako uvjerljiv primjer mogao bi se navesti i bez svemirskog broda.

5. Otvorenje 1902. P. Lebedev (1866-1912) - profesor na Moskovskom univerzitetu - lagani pritisak pogoršao je pitanje fizičke prirode svetlosti: da li je to struja čestica ili samo elektromagnetski talasi određene dužine? Pritisak je, kao fizički fenomen, povezan s pojmom materije, tačnije sa diskretnošću. Dakle, pritisak svetlosti ukazivao je na diskretnu prirodu svetlosti kao struje čestica.

6. Sličnost smanjenja gravitacionih i elektromagnetnih sila - prema zakonu

"Obrnuto proporcionalno kvadratu daljine" - postavilo se legitimno pitanje: zašto je kvadrat daljine, a, na primjer, ne kocka? Neki su naučnici počeli govoriti o elektromagnetskom polju kao jednom od stanja "etra" koje ispunjava prostor između planeta i zvijezda.

Sve ove poteškoće nastale su zbog nedostatka znanja o strukturi atoma u to vrijeme, ali M. Faraday je bio u pravu rekavši da, ne znajući kako je atom strukturiran, možemo proučavati pojave u kojima se izražava njegova fizička priroda . Zaista, elektromagnetski valovi nose bitne informacije o procesima koji se odvijaju u atomima hemijskih elemenata i molekula materije. Oni pružaju informacije o dalekoj prošlosti i sadašnjosti Svemira: o temperaturi kosmičkih tijela, njihovom hemijskom sastavu, udaljenosti od njih, itd.

7. Trenutno se koristi sljedeća skala elektromagnetskih valova:

radio valovi talasne dužine od 104 do 10 -3 m;

infracrveni talasi - od 10-3 do 810-7 m;

vidljivo svjetlo - od 8 10-7 do 4 10-7 m;

ultraljubičasti talasi - od 4 10-7 do 10-8 m;

RTG talasi (zrake) - od 10-8 do 10-11 m;

gama zračenje - od 10-11 do 10-13 m.

8. S obzirom na praktične aspekte proučavanja električnih i magnetskih sila, provedeno je u XIX stoljeću. brzim tempom: prva telegrafska linija između gradova (1844), polaganje prvog prekookeanskog kabla (1866), telefon (1876), žarulja sa žarnom niti (1879), radio prijemnik (1895).

Minimalni udio elektromagnetske energije je foton. Ovo je najmanja nedjeljiva količina elektromagnetskog zračenja.

Senzacija rano XXI u. je stvaranje ruskih naučnika iz Troicka (Podmoskovlje) polimera od atoma ugljenika, koji ima svojstva magneta. Općenito se vjerovalo da je prisustvo metala u supstanci odgovorno za njena magnetska svojstva. Ispitivanje ovog polimera na metalnost pokazalo je da u njemu nema metala.