Qué son los campos de la física. Campos físicos fundamentales

Campo- una de las formas de existencia de la materia y, quizás, la más importante. El concepto de "campo" refleja el hecho de que las fuerzas eléctricas y magnéticas actúan con una velocidad finita a distancia, generándose mutua y continuamente. El campo se irradia, se propaga con una velocidad finita en el espacio, interactúa con la materia. Faraday formuló la idea del campo como una nueva forma de materia, y puso las notas en un sobre sellado, legado para abrirlo después de su muerte (este sobre fue descubierto solo en 1938). Faraday utilizó (1840) la idea de conservación y transformación universal de la energía, aunque la ley en sí aún no se había descubierto.

En sus conferencias (1845), Faraday habló no solo de las transformaciones equivalentes de energía de una forma a otra, sino también de que había intentado durante mucho tiempo "descubrir una conexión directa entre la luz y la electricidad" y que "era posible magnetizar y electrificar un rayo de luz e iluminar una línea de fuerza magnética ". Posee la técnica de estudiar el espacio alrededor de un cuerpo cargado usando cuerpos de prueba, una introducción a la imagen del campo. líneas eléctricas. Describió sus experimentos sobre la rotación del plano de polarización de la luz por un campo magnético. El estudio de la relación entre las propiedades eléctricas y magnéticas de las sustancias llevó a Faraday no solo al descubrimiento del paramagnetismo y el diamagnetismo, sino también al establecimiento de una idea fundamental: la idea de campo. Escribió (1852): "El entorno o espacio que lo rodea juega un papel tan esencial como el propio imán, siendo parte de un sistema magnético real y completo".

Faraday demostró que la fuerza electromotriz de inducción mi ocurre cuando el flujo magnético cambia F(abrir, cerrar, cambiar la corriente en los conductores, acercarse o quitarse un imán, etc.). Maxwell expresó este hecho mediante la igualdad: mi = -dF/ dt. Según Faraday, la capacidad de inducir corrientes se manifiesta en un círculo alrededor de la resultante magnética. Según Maxwell, un campo magnético alterno está rodeado por un campo eléctrico de vórtice, y el signo menos está asociado a la regla de Lenz: aparece una corriente de inducción en una dirección que impide el cambio que la genera. La denominación podredumbre proviene del inglés. rotor - vórtice. En 1846, F. Neumann descubrió que se debe gastar una cierta cantidad de energía en la creación de una corriente de inducción.

En general, el sistema de ecuaciones escrito por Maxwell en forma vectorial tiene una forma compacta:

Los vectores de inducción eléctrica y magnética (D y B) y los vectores de la fuerza de los campos eléctricos y magnéticos (E y H) incluidos en estas ecuaciones están relacionados por las relaciones simples indicadas con la constante dieléctrica e y la permeabilidad magnética de el medio μ. El uso de esta operación significa que el vector de la intensidad del campo magnético gira alrededor del vector de la densidad actual j.

Según la ecuación (1), cualquier corriente provoca un campo magnético en el espacio circundante, corriente continua, un campo magnético constante. Un campo de este tipo no se puede activar en las áreas "siguientes" campo eléctrico, ya que, de acuerdo con la ecuación (2), solo un campo magnético cambiante genera una corriente. Alrededor de la corriente alterna, también se crea un campo magnético alterno, que es capaz de crear un campo eléctrico de una onda en el "siguiente" elemento del espacio, una onda no amortiguada: la energía del campo magnético en el vacío se convierte completamente en energía eléctrica y viceversa. Dado que la luz se propaga en forma de ondas transversales, se pueden sacar dos conclusiones: la luz es una perturbación electromagnética; el campo electromagnético se propaga en el espacio en forma de ondas transversales con una velocidad con= 3 10 8 m / s, dependiendo de las propiedades del medio, por lo que la "acción instantánea de largo alcance" es imposible. Entonces, en las ondas de luz, las vibraciones se realizan por la fuerza de los campos eléctricos y magnéticos, y el portador de la onda es el espacio mismo, que se encuentra en un estado de tensión. Y, debido a la corriente de desplazamiento, creará un nuevo campo magnético y así sucesivamente hasta el infinito. .

El significado de las ecuaciones (3) y (4) es claro: (3) describe el teorema electrostático de Gauss y generaliza la ley de Coulomb, (4) refleja el hecho de que no hay cargas magnéticas. Divergencia (de lat. divergere - detectar discrepancia) es la medida de la fuente. Si, por ejemplo, los rayos de luz no nacen en el vidrio, sino que solo lo atraviesan, divD = 0. El sol como fuente de luz y calor tiene una divergencia positiva y la oscuridad tiene una divergencia negativa. Por lo tanto, las líneas de fuerza del campo eléctrico terminan en las cargas, cuya densidad es p, y el campo magnético, se cierran sobre sí mismos y no terminan en ningún lado.

El sistema de vistas, que formó la base de las ecuaciones de Maxwell, se denominó Teoría de Maxwell del campo electromagnético. Aunque estas ecuaciones son simples, cuanto más trabajaban Maxwell y sus seguidores en ellas, más profundo les era revelado el significado. G. Hertz, cuyos experimentos fueron la primera prueba directa de la fidelidad de la teoría del campo electromagnético de Faraday-Maxwell, escribió sobre la inagotabilidad de las ecuaciones de Maxwell: que estas fórmulas son más inteligentes que nosotros, incluso más inteligentes que el propio autor, como si nos dan más de lo que les fue puesto a su debido tiempo ".

El proceso de propagación del campo continuará indefinidamente en forma de onda no amortiguada: la energía del campo magnético en el vacío se convierte completamente en energía eléctrica y viceversa. Entre las constantes incluidas en las ecuaciones estaba la constante c; Maxwell descubrió que su valor era exactamente igual al valor de la velocidad de la luz. Era imposible no prestar atención a esta coincidencia. Entonces, en las ondas de luz, las vibraciones se realizan por la fuerza de los campos eléctricos y magnéticos, y el portador de la onda es el espacio mismo, que está en un estado de tensión.

Una onda de luz es una onda electromagnética,"Corriendo por el espacio y separado de las cargas que lo emitieron", como dijo Weisskopf. Comparó el descubrimiento de Maxwell en importancia con el descubrimiento de la ley de gravitación de Newton. Newton conectó el movimiento de los planetas con la gravedad en la Tierra y descubrió las leyes fundamentales que gobiernan el movimiento mecánico de masas bajo la acción de fuerzas. Maxwell conectó la óptica con la electricidad y dedujo leyes fundamentales (ecuaciones de Maxwell) que rigen el comportamiento de los campos eléctricos y magnéticos y su interacción con cargas e imanes. Las obras de Newton llevaron a la introducción del concepto de la ley universal de la gravitación, las obras de Maxwell: el concepto de campo electromagnético y al establecimiento de las leyes de su propagación. Si el campo electromagnético puede existir independientemente del material portador, entonces la acción de largo alcance debería dar paso a la acción de corto alcance, campos que se propagan en el espacio con una velocidad finita. Las ideas de la corriente de desplazamiento (1861), las ondas electromagnéticas y la naturaleza electromagnética de la luz (1865) eran tan audaces e inusuales que incluso la siguiente generación de físicos no aceptó de inmediato la teoría de Maxwell. En 1888 G. Hertz descubrió ondas electromagnéticas, pero un oponente tan activo de la teoría de Maxwell como W. Thomson (Kelvin) sólo pudo ser convencido por los experimentos de P.N. Lebedev, quien descubrió en 1889 la existencia de presión ligera.

A mediados del siglo XIX. Maxwell combinó electricidad y magnetismo en una teoría de campo unificado. La carga eléctrica está asociada con partículas elementales, de las cuales las más famosas, el electrón y el protón, tienen la misma carga. mi, es una constante universal de la naturaleza. SI = 1,6 10-19 C. Aunque aún no se han descubierto cargas magnéticas, ya están surgiendo en teoría. Según el físico Dirac, la magnitud de las cargas magnéticas debería ser un múltiplo de la carga del electrón.

Investigaciones posteriores en el campo del campo electromagnético llevaron a contradicciones con los conceptos de la mecánica clásica, que el físico holandés H.A. Lorenz. Introdujo transformaciones de las coordenadas de los sistemas inerciales, que, en contraste con las transformaciones clásicas de Galileo, contenían una constante: la velocidad de la luz, que hacía una conexión con la teoría del campo. Cambió las escalas de tiempo y longitudes a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. El significado físico de estas transformaciones de Lorentz fue explicado solo por A. Einstein en 1905 en su trabajo "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento", que formó la base de la teoría especial de la relatividad (STR), o mecánica relativista.

La ciencia natural no solo identifica los tipos de objetos materiales en el Universo, sino que también revela las conexiones entre ellos. La conexión entre objetos en un sistema integral es más ordenada, más estable que la conexión de cada uno de los elementos con elementos del entorno externo. Para destruir el sistema, para separar este o aquel elemento del sistema, es necesario aplicarle cierta energía. Esta energía tiene un valor diferente y depende del tipo de interacción entre los elementos del sistema. En el megamundo, estas interacciones son proporcionadas por la gravedad, en el macrocosmos, la interacción electromagnética se suma a la gravedad y se vuelve básica, como más fuerte. En el micromundo, del tamaño de un átomo, se manifiesta una interacción nuclear aún más fuerte, asegurando la integridad de los núcleos atómicos. En la transición a partículas elementales, la energía de los enlaces internos, sabemos que las sustancias naturales son compuestos químicos de elementos construidos a partir de átomos y recogidos en la Tabla Periódica. Durante algún tiempo, se creyó que los átomos son los bloques de construcción elementales del universo, pero luego establecieron que el átomo es "todo el Universo" y consta de partículas aún más fundamentales que interactúan entre sí: protones, electrones, neutrones, mesones. etc. El número de partículas que dicen ser elementales está aumentando, pero ¿son realmente tan elementales?

Se reconoció la mecánica newtoniana, pero no se discutió el origen de las fuerzas que causan la aceleración. Las fuerzas de la gravedad actúan a través del vacío, son de largo alcance, mientras que las fuerzas electromagnéticas actúan a través del medio. Actualmente, todas las interacciones en la naturaleza se reducen a cuatro tipos: gravitacional, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.

Gravedad(de lat. seriedad- severidad) - históricamente la primera interacción estudiada. Siguiendo a Aristóteles, se creía que todos los cuerpos tienden a "su lugar" (pesado - hacia la Tierra, iluminado - hacia arriba). Física de los siglos XVII-XVIII sólo se conocían interacciones gravitacionales. Según Newton, dos masas puntuales se atraen entre sí con una fuerza dirigida a lo largo de la línea que las conecta: El signo menos indica que se trata de atracción, r - la distancia entre los cuerpos (se cree que el tamaño de los cuerpos es mucho menor r), t 1 y t 2 - masas corporales. La cantidad GRAMO- una constante universal que determina el valor de las fuerzas gravitacionales. Si los cuerpos que pesan 1 kg están a una distancia de 1 m entre sí, entonces la fuerza de atracción entre ellos es de 6,67 10-11 N. La gravedad es universal, todos los cuerpos están sujetos a ella, e incluso la propia partícula es la fuente de gravedad. Si el valor GRAMO era más, entonces la fuerza también aumentaría, pero GRAMO es muy pequeño, y la interacción gravitacional en el mundo de las partículas subatómicas es insignificante, y entre cuerpos macroscópicos es apenas perceptible. Cavendish pudo medir el valor GRAMO, utilizando un equilibrio de torsión. La versatilidad de constante GRAMO significa que en cualquier lugar del Universo y en cualquier momento, la fuerza de atracción entre cuerpos con una masa de 1 kg, separados por una distancia de 1 m, tendrá el mismo valor. Por tanto, podemos decir que la cantidad GRAMO determina la estructura de los sistemas gravitantes. La gravedad, o gravedad, no es muy significativa en la interacción entre partículas pequeñas, pero contiene los planetas, todos Sistema solar y galaxias. Constantemente sentimos la gravedad en nuestras vidas. La ley confirmó la naturaleza de largo alcance de la fuerza gravitacional y la propiedad principal de la interacción gravitacional: su universalidad.

La teoría de la gravitación (GR) de Einstein da resultados diferentes de la ley de Newton en campos gravitacionales fuertes, en campos débiles, ambas teorías coinciden. Según la relatividad general, gravedad- esta es una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo. Los cuerpos se mueven a lo largo de trayectorias curvas, no porque la gravedad actúe sobre ellos, sino porque se mueven en el espacio-tiempo curvo. Se mueven "por el camino más corto y la gravedad es geometría". El efecto de la curvatura del espacio-tiempo se puede detectar no solo cerca de objetos que colapsan, como estrellas de neutrones o agujeros negros. Tales son, por ejemplo, la precesión de la órbita de Mercurio o la desaceleración del tiempo en la superficie de la Tierra (ver Fig. 2.3, en). Einstein demostró que la gravedad puede describirse como el equivalente al movimiento acelerado.

Para evitar la compresión del Universo bajo la influencia de la autogravedad y asegurar su estacionariedad, introdujo una posible fuente de gravedad con propiedades inusuales, conduciendo a la "repulsión" de la materia, y no a su concentración, y a la fuerza repulsiva. aumenta con la distancia. Pero estas propiedades pueden manifestarse solo en una escala muy grande del Universo. La fuerza repulsiva es increíblemente pequeña y no depende de la masa repulsiva; está representado en la forma donde T - la masa del objeto rechazado; r - su distancia del cuerpo repulsivo; L - constante. Actualmente se está estableciendo un límite superior para L = 10 -53 m -2, es decir para dos cuerpos con una masa de 1 kg, ubicados a una distancia de 1 m, la fuerza de atracción excede la repulsión cósmica en al menos 10 25 veces. Si dos galaxias con masas de 10 41 kg están a una distancia de 10 millones de sv. años (alrededor de 10 22 m), entonces para ellos las fuerzas de atracción estarían aproximadamente equilibradas por las fuerzas de repulsión, si el valor L muy cerca del límite superior especificado. Esta cantidad aún no se ha medido, aunque es importante para la estructura a gran escala del Universo como fundamental.

Interacción electromagnética, causada por cargas eléctricas y magnéticas, es transportada por fotones. Las fuerzas de interacción entre cargas dependen de manera compleja de la posición y movimiento de las cargas. Si dos cargas q 1 y q 2 inmóvil y enfocado en puntos en la distancia r, entonces la interacción entre ellos es eléctrica y está determinada por la ley de Coulomb: desde señales de carga q 1 y q 2 la fuerza de interacción eléctrica dirigida a lo largo de la línea recta que conecta las cargas será la fuerza de atracción o repulsión. Aquí, mediante denota una constante que determina la intensidad de la interacción electrostática, su valor es igual a 8.85 10 -12 F / m. Entonces, dos cargas de 1 C, separadas por 1 m, experimentarán una fuerza de 8,99 10 9 N. La carga eléctrica siempre está asociada con partículas elementales. El valor numérico de la carga de los más famosos entre ellos, el protón y el electrón, es el mismo: es una constante universal. e = 1,6 10-19 Cl. La carga del protón se considera positiva, la carga del electrón es negativa.

Las fuerzas magnéticas son generadas por corrientes eléctricas, el movimiento de cargas eléctricas. Hay intentos de combinar teorías teniendo en cuenta las simetrías, en las que se predice la existencia de cargas magnéticas (monopolos magnéticos), pero aún no se han descubierto. Por tanto, el valor mi determina la intensidad de la interacción magnética. Si las cargas eléctricas se mueven con aceleración, entonces emiten: ceden energía en forma de luz, ondas de radio o rayos X, según el rango de frecuencia. Casi todos los portadores de información percibidos por nuestros sentidos son de naturaleza electromagnética, aunque a veces aparecen en formas complejas. Las interacciones electromagnéticas determinan la estructura y el comportamiento de los átomos, evitan que los átomos se descompongan, son responsables de los enlaces entre moléculas, es decir, de los fenómenos químicos y biológicos.

La gravedad y el electromagnetismo son fuerzas de largo alcance que se extienden por todo el universo.

Interacciones nucleares fuertes y débiles- de corto alcance y aparecen solo dentro del tamaño del núcleo atómico, es decir, en áreas del orden de 10-14 m.

La interacción nuclear débil es responsable de muchos procesos que causan algunos tipos de desintegraciones nucleares de partículas elementales (por ejemplo, (desintegración 3 - la transformación de neutrones en protones) con un radio de acción casi puntual: aproximadamente 10-18 m. Tiene un efecto más fuerte en las transformaciones de las partículas que en su movimiento, por lo tanto, su eficiencia está determinada por una constante asociada con la tasa de desintegración: una conexión constante universal. g (W), determinar la tasa de procesos como la desintegración de neutrones. La interacción nuclear débil es llevada a cabo por los llamados bosones débiles, y algunas partículas subatómicas pueden transformarse en otras. El descubrimiento de partículas subnucleares inestables encontró que las interacciones débiles causan muchas transformaciones. Las supernovas son uno de los pocos casos de interacciones débiles observadas.

La fuerte interacción nuclear evita la desintegración de los núcleos atómicos, y si no fuera por ello, los núcleos se desintegrarían debido a las fuerzas de repulsión eléctrica de los protones. En algunos casos, por sus características, se introduce el valor g (S), similar a la carga eléctrica, pero mucho mayor. La fuerte interacción llevada a cabo por los gluones cae bruscamente a cero fuera de la región con un radio de aproximadamente 10-15 m, une los quarks que forman los protones, neutrones y otras partículas similares llamadas hadrones. Dicen que la interacción de protones y neutrones es un reflejo de sus interacciones internas, pero hasta ahora la imagen de estos profundos fenómenos nos está oculta. Asociada a ella están la energía liberada por el sol y las estrellas, las transformaciones en los reactores nucleares y la liberación de energía. Los tipos de interacciones enumerados son aparentemente de naturaleza diferente. Hasta la fecha, no está claro si agotan todas las interacciones en la naturaleza. La más fuerte es la interacción fuerte de corto alcance, la electromagnética es más débil en 2 órdenes de magnitud, la débil en 14 órdenes de magnitud y la gravitacional es menor que la fuerte en 39 órdenes de magnitud. De acuerdo con la magnitud de las fuerzas de interacción, ocurren en diferentes momentos. Las interacciones nucleares fuertes surgen cuando las partículas chocan a velocidades cercanas a la de la luz. El tiempo de reacción, determinado dividiendo el radio de acción de las fuerzas por la velocidad de la luz, da un valor del orden de 10 -23 s. Los procesos de interacción débil tienen lugar en 10 -9 s, y los gravitacionales, del orden de 10 16 s, o 300 millones de años.

La "ley del cuadrado inverso", según la cual las masas gravitacionales o las cargas eléctricas actúan entre sí, se sigue, como demostró P. Ehrenfest, de la tridimensionalidad del espacio (1917). En el espacio NS mediciones, las partículas puntuales interactuarían de acuerdo con la ley de potencia inversa ( norte- uno). Para n = 3, la ley de los cuadrados inversos es válida, ya que 3 - 1 = 2. Y en u = 4, que corresponde a la ley de los cubos inversos, los planetas se moverían en espirales y caerían rápidamente en el Sol. En átomos con más de tres dimensiones, tampoco habría órbitas estables, es decir, no habría procesos químicos ni vida. Kant también señaló la conexión entre la tridimensionalidad del espacio y la ley de la gravitación.

Además, se puede demostrar que la propagación de ondas en forma pura es imposible en el espacio con un número par de dimensiones: aparecen distorsiones que violan la estructura (información) transportada por la onda. Un ejemplo de esto es la propagación de una onda sobre un revestimiento de caucho (sobre una superficie de dimensión NS= 2). En 1955, el matemático G.J. Whitrow concluyó que, dado que los organismos vivos necesitan transmitir y procesar información, las formas superiores de vida no pueden existir en espacios de dimensión uniforme. Esta conclusión se refiere a las formas de vida y leyes de la naturaleza que conocemos y no excluye la existencia de otros mundos, de diferente naturaleza.

De Newton y P. Laplace, se ha conservado la consideración de la mecánica como una teoría física universal. En el siglo XIX. este lugar lo ocupó la imagen mecánica del mundo, incluida la mecánica, la termodinámica y la teoría cinética de la materia, la teoría elástica de la luz y el electromagnetismo. El descubrimiento del electrón estimuló una revisión de ideas. A finales de siglo, H. Lorentz construyó su teoría electrónica para cubrir todos los fenómenos naturales, pero no lo logró. Los problemas asociados con la discreción de la carga y la continuidad del campo, y los problemas en la teoría de la radiación ("catástrofe ultravioleta") llevaron a la creación de una imagen de campo cuántico del mundo y la mecánica cuántica. Después de la creación de SRT, se esperaba que la cobertura universal del mundo natural pudiera dar una imagen electromagnética del mundo, que combinaba la teoría de la relatividad, la teoría de Maxwell y la mecánica, pero esta ilusión pronto se disipó.

Muchos teóricos han intentado adoptar la gravedad y el electromagnetismo utilizando ecuaciones unificadas. Bajo la influencia de Einstein, quien introdujo el espacio-tiempo tetradimensional, se construyeron teorías de campos multidimensionales en un intento de reducir los fenómenos a las propiedades geométricas del espacio.

La unificación se llevó a cabo sobre la base de la independencia establecida de la velocidad de la luz para diferentes observadores que se mueven en el espacio vacío en ausencia de fuerzas externas. Einstein representado línea mundial un objeto en un plano donde el eje espacial es horizontal y el eje temporal es vertical. Entonces, la línea vertical es la línea del mundo del objeto, que está en reposo en el marco de referencia dado, y la línea inclinada es el objeto que se mueve a una velocidad constante. La línea del mundo curva corresponde al movimiento acelerado del objeto. Cualquier punto de este plano corresponde a una posición en un lugar dado en un momento dado y se llama evento. En este caso, la gravedad ya no es una fuerza que actúa sobre el fondo pasivo del espacio y el tiempo, sino una distorsión del propio espacio-tiempo. Después de todo, el campo gravitacional es la "curvatura" del espacio-tiempo.

Para establecer una conexión entre los marcos de referencia que se mueven entre sí, es necesario medir los intervalos espaciales en las mismas unidades que los de tiempo. El factor para este recálculo puede ser la velocidad de la luz, conectando la distancia con el tiempo durante el cual la luz puede cubrir esta distancia. En tal sistema, 1 m es igual a 3.33 nseg (1 n = 10 -9 s). Entonces, la línea del mundo del fotón pasará en un ángulo de 45 °, y cualquier objeto material, en un ángulo más pequeño (ya que su velocidad es siempre menor que la velocidad de la luz). Dado que el eje espacial corresponde a tres ejes cartesianos, las líneas del mundo de los cuerpos materiales estarán dentro del cono descrito por la línea del mundo del fotón. Los resultados de las observaciones del eclipse solar de 1919 le dieron fama mundial a Einstein. Los desplazamientos de las estrellas, que solo se pueden ver en las proximidades del Sol durante un eclipse, coincidieron con las predicciones de la teoría de la gravitación de Einstein. Así que su enfoque geométrico para construir una teoría de la gravitación fue confirmado por experimentos impresionantes.

En el mismo año 1919, cuando apareció la relatividad general, T. Kaluza, profesor asistente de la Universidad de Konigsberg, envió su trabajo a Einstein, donde propuso quinta dimensión. Al tratar de encontrar el principio fundamental de todas las interacciones (entonces se conocían dos: la gravitación y el electromagnetismo), Kaluza demostró que se pueden deducir uniformemente en la relatividad general de cinco dimensiones. Para el éxito de la unificación, las dimensiones de la quinta dimensión no importaron y, quizás, son tan pequeñas que no se pueden detectar. Solo después de una correspondencia de dos años con Einstein se publicó el artículo. El físico sueco O. Klein propuso una modificación de la ecuación básica de la mecánica cuántica con cinco variables en lugar de cuatro (1926). Él "hizo rodar" las dimensiones del espacio imperceptibles para nosotros a un tamaño muy pequeño (citando un ejemplo de una manguera de riego lanzada descuidadamente, que parece una línea sinuosa desde lejos, pero cerca de cada punto resulta ser un círculo). Las dimensiones de estos peculiares bucles son de 10 a 20 veces más pequeñas que el tamaño del núcleo atómico. Por tanto, la quinta dimensión no es observable, pero es posible.

Los científicos soviéticos G.A. Mandel y V.A. Fock. Demostraron que la trayectoria de una partícula cargada en un espacio de cinco dimensiones se puede describir estrictamente como una línea geodésica (del griego. geodaisia- asignación de tierras), o el camino más corto entre dos puntos de la superficie, es decir, la quinta dimensión puede ser físicamente real. No se encontró debido a la relación de incertidumbre de Heisenberg, que representa cada partícula en forma de paquete de ondas que ocupa una región en el espacio, cuyo tamaño depende de la energía de la partícula (cuanto mayor es la energía, menor es el volumen de la región). ). Si la quinta dimensión se enrolla en un círculo pequeño, entonces, para detectarla, las partículas que la iluminan deben tener alta energía. Los aceleradores producen haces de partículas con una resolución de 10 a 18 m, por lo que si un círculo en la quinta dimensión es más pequeño, todavía no se puede detectar.

El profesor soviético Yu.B. Rumer demostró en su teoría de la quinta dimensión que a la quinta dimensión se le puede dar significado comportamiento. También hubo intentos de visualizar este espacio de cinco dimensiones, como anteriormente el espacio-tiempo de cuatro dimensiones introducido por Einstein. Uno de estos intentos es la hipótesis de la existencia de mundos "paralelos". No fue difícil imaginar una imagen en cuatro dimensiones de una pelota: es una colección de sus imágenes en cada punto temporal: una "tubería" de bolas que se extiende desde el pasado hacia el futuro. Y la bola de cinco dimensiones ya es un campo, un plano de mundos absolutamente idénticos. En todos los mundos que tienen de tres a cinco dimensiones, incluso una causa, incluso una accidental, puede dar lugar a varias consecuencias. De seis dimensiones El universo construido por el destacado diseñador de aviones soviético L.R. Bartini, incluye tres dimensiones espaciales y tres temporales. Para Bartini, la longitud del tiempo es la duración, el ancho es el número de opciones, la altura es la velocidad del tiempo en cada uno de los mundos posibles.

Teoría de la gravedad cuántica Tuvo que combinar la relatividad general y la mecánica cuántica. En un universo sujeto a las leyes de la gravedad cuántica, la curvatura del espacio-tiempo y su estructura deben fluctuar, el mundo cuántico nunca está en reposo. Y los conceptos del pasado y el futuro, la secuencia de eventos en un mundo así también deberían ser diferentes. Estos cambios aún no se han detectado, ya que los efectos cuánticos se manifiestan en escalas extremadamente pequeñas.

En los 50. Siglo XX. R. Feynman, J. Schwinger y S. Tomogawa crearon de forma independiente la electrodinámica cuántica, vinculando la mecánica cuántica con conceptos relativistas y explicando muchos efectos obtenidos en el estudio de los átomos y su radiación. Luego se desarrolló la teoría de las interacciones débiles y se demostró que el electromagnetismo solo se puede combinar matemáticamente con interacciones débiles. Uno de sus autores, el físico teórico paquistaní A. Salam, escribió: “El secreto del logro de Einstein es que se dio cuenta de la importancia fundamental de la carga en la interacción gravitacional. Y hasta que comprendamos la naturaleza de las cargas en las interacciones electromagnéticas, débiles y fuertes tan profundamente como lo hizo Einstein para la gravitación, hay pocas esperanzas de éxito en la unificación final ... No solo nos gustaría continuar los intentos de Einstein, en los que fracasó. para tener éxito, pero también incluir el resto de los cargos en este programa ".

El interés por las teorías multidimensionales revivió y nuevamente comenzaron a recurrir a las obras de Einstein, Bergman, Kaluza, Rumer, Jordan. En los trabajos de físicos soviéticos (L.D. Landau, I.Ya. Pomeranchuk, E.S. Fradkin) se muestra que a distancias de 10-33 cm en electrodinámica cuántica aparecen contradicciones irreparables (divergencias, anomalías, todas las cargas se desvanecen). Muchos científicos han trabajado en ideas para crear una teoría unificada. S. Weinberg, A. Salam y S. Glashow demostraron que el electromagnetismo y la interacción nuclear débil pueden considerarse una manifestación de algún tipo de fuerza "electrodébil" y que los verdaderos portadores de la interacción fuerte son los quarks. La teoría creada es cromodinámica cuántica- construyó protones y neutrones a partir de quarks y formó el llamado modelo estándar de partículas elementales.

Incluso Planck señaló el papel fundamental de las cantidades compuestas por tres constantes que determinan las teorías básicas: SRT (velocidad de la luz c), mecánica cuántica (constante de Planck h) y la teoría de la gravitación de Newton (constante gravitacional GRAMO). De su combinación, se pueden obtener tres cantidades (Planck) con

dimensiones de masa, tiempo y longitud

5 10 93 g / cm 3. La longitud de Planck coincide con la distancia crítica a la que la electrodinámica cuántica pierde su significado. Ahora la geometría se ha determinado solo a distancias de más de 10-16 cm, ¡que son 17 órdenes de magnitud mayores que las de Planck! La unificación de interacciones es necesaria para eliminar divergencias y anomalías en la teoría; el problema era la definición de partículas como puntos y su distorsión del espacio-tiempo. Y comenzaron a buscarlo con la ayuda de ideas de simetrías superiores. Estas ideas recibieron un "segundo aire" en los años 80. Siglo XX. en las teorías de la gran unificación de TVO y supergravedad. TVO es una teoría que te permite unir todas las interacciones, excepto la gravitacional. Si logramos combinar la interacción gravitacional con él, obtenemos la Teoría de todo lo que es (TVS). Entonces el mundo se describirá de manera uniforme. Continúa la búsqueda de tal "superpotencia".

Las teorías de la supergravedad utilizan construcciones multidimensionales inherentes al enfoque geométrico de la construcción de la relatividad general. Puedes construir un mundo a partir de diferentes números dimensiones (se utilizan modelos de 11 y 26 dimensiones), pero los de 11 dimensiones son los más interesantes y hermosos desde un punto de vista matemático: 7 es el número mínimo de dimensiones ocultas del espacio-tiempo que permiten la inclusión de tres -fuerzas gravitacionales en la teoría, y 4 son dimensiones ordinarias del espacio-tiempo. Las cuatro interacciones conocidas se consideran construcciones geométricas con más de cinco dimensiones.

La teoría de supercuerdas ha estado en desarrollo desde mediados de la década de 1980. Siglo XX. junto con la supergravedad. Esta teoría fue desarrollada por el científico inglés M. Green y el científico estadounidense J. Schwartz. En lugar de un punto, mapearon las partículas a una cuerda unidimensional colocada en un espacio multidimensional. Esta teoría, que reemplazó las partículas puntuales con pequeños bucles de energía, eliminó los absurdos que surgen en los cálculos. Cuerdas cósmicas - estas son formaciones invisibles exóticas generadas por la teoría de partículas elementales. Esta teoría refleja la jerarquía de la comprensión del mundo: la posibilidad de que no haya una base final para la realidad física, sino solo una secuencia de partículas cada vez más pequeñas. Hay partículas muy masivas y alrededor de mil partículas sin masa. Cada cuerda, que tiene un tamaño de Planck (10-33 cm), puede tener infinitos tipos (o modos) de vibración. Así como la vibración de las cuerdas de un violín genera varios sonidos, la vibración de estas cuerdas puede generar todas las fuerzas y partículas. Supercuerdas le permite comprender la quiralidad (del griego. cheir- mano), mientras que la supergravedad no puede explicar la diferencia entre la izquierda y la derecha, tiene el mismo número de partículas en cada dirección. La teoría de supercuerdas, como la supergravedad, no se asocia con la experiencia, sino con la eliminación de anomalías y divergencias, que es más característica de las matemáticas.

El físico estadounidense E. Witten concluyó que la teoría de supercuerdas es la principal esperanza para el futuro de la física, no solo tiene en cuenta la posibilidad de la gravedad, sino que también afirma su existencia, y la gravedad es una consecuencia de la teoría de supercuerdas. Su tecnología, tomada de la topología y la teoría cuántica de campos, permite descubrir simetrías profundas entre nudos de alta dimensión entrelazados. Se fijó una dimensión correspondiente a una teoría relativamente consistente, es igual a 506.

La teoría de supercuerdas puede explicar la distribución "grumosa" de la materia en el universo. Las supercuerdas son hilos que quedan de la sustancia del universo recién nacido. Son increíblemente móviles y densos, doblando el espacio a su alrededor, formando enredos y bucles, y los bucles masivos podrían crear una atracción gravitacional lo suficientemente fuerte como para dar lugar a partículas elementales, galaxias y cúmulos de galaxias. En 1986, se habían publicado muchos artículos sobre cuerdas cósmicas, aunque aún no se han descubierto. Encontrar supercuerdas se considera posible por la curvatura del espacio, que provocan, actuando como una lente gravitacional, o por las ondas gravitacionales que emiten. La evolución de las supercuerdas se reproduce en las computadoras y aparecen imágenes en la pantalla que corresponden a las observadas en el espacio: allí también se forman fibras, capas y vacíos gigantes, en los que prácticamente no hay galaxias.

Esta extraordinaria convergencia de cosmología y física de partículas elementales en los últimos 30 años ha permitido comprender la esencia de los procesos del nacimiento del espacio-tiempo y la materia en un breve intervalo de 10-43 a 10-35 s después de la singularidad primaria, llamada Big Bang. El número de dimensiones 10 (supergravedad) o 506 (teoría de supercuerdas) no es definitivo, pueden aparecer imágenes geométricas más complejas, pero muchas dimensiones adicionales no están disponibles para la detección directa. La verdadera geometría del Universo probablemente no tiene tres dimensiones espaciales, lo cual es típico solo de nuestra Metagalaxia, la parte observable del Universo.

Y todos ellos, excepto tres, en el momento del Big Bang (hace 10-15 mil millones de años) colapsaron al tamaño de Planck. A grandes distancias (hasta las dimensiones de la Metagalaxia 1028 cm), la geometría es euclidiana y tridimensional, y en la de Planck, no euclidiana y multidimensional. Se cree que las Teorías de todas las cosas, que se están desarrollando ahora, deberían combinar descripciones de todas las interacciones fundamentales entre partículas.

La coincidencia del tema de investigación ha cambiado la metodología existente de las ciencias. La astronomía se consideraba una ciencia de observación y los aceleradores se consideraban herramientas en la física de partículas. Ahora comenzaron a construir suposiciones sobre las propiedades de las partículas y sus interacciones en cosmología, y ya fue posible probarlas para la generación actual de científicos. Entonces, de la cosmología se deduce que el número de partículas fundamentales debería ser pequeño. Esta predicción se relacionaba con el análisis de los procesos de síntesis primaria de nucleones, cuando la edad del Universo era de alrededor de 1 s, y se realizó en un momento en el que parecía que la consecución de altas potencias en los aceleradores conduciría a un aumento de el número de partículas elementales. Si hubiera muchas partículas, el universo sería diferente ahora.

Materialización de espíritus y distribución de elefantes.
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I. Ilf, E Petrov

¿Qué son las interacciones fundamentales y los campos fundamentales? ¿Por qué los campos fundamentales pueden considerarse uno de los constituyentes de la materia?

Lección-conferencia

El hecho de que un campo sea un tipo especial de materia se puede leer en muchos libros de texto de física e incluso en un diccionario enciclopédico. Pero no siempre se encuentran explicaciones para esta afirmación. Por lo tanto, el significado de lo dicho a menudo resulta incomprensible. Intentemos resolverlo y “materializar el campo”. Tenga en cuenta que la declaración anterior no se aplica a ningún campo, sino solo a los fundamentales. ¿Qué son los campos fundamentales?

Interacciones fundamentales y campos fundamentales... Mientras estudiaba física, se familiarizó con varias fuerzas: la fuerza de la elasticidad, la fuerza de fricción, la fuerza de la gravedad. Cada una de estas fuerzas caracteriza alguna interacción entre los cuerpos. Como saben, el desarrollo de la ciencia ha demostrado que todos los cuerpos macroscópicos están compuestos de átomos y moléculas (más precisamente, de núcleos y electrones). Del modelo atómico-molecular se desprende que algunas de las interacciones entre cuerpos macroscópicos pueden representarse como resultado de la interacción entre átomos y moléculas o, con una profundización aún más profunda en la estructura de la materia, como resultado de la interacción entre núcleos. y electrones que forman los cuerpos macroscópicos.

En particular, fuerzas como la fuerza elástica y la fuerza de fricción son el resultado de las fuerzas que actúan entre los electrones y los núcleos. Pero no fue posible reducir las interacciones gravitacionales y las interacciones electromagnéticas a otras interacciones, aunque se hicieron tales intentos.

Para caracterizar interacciones que no son reducibles a otras interacciones, comenzaron a utilizar el concepto fundamental que significa "básico".

Como se mencionó en la sección anterior, las interacciones gravitacionales y electromagnéticas fundamentales se pueden considerar _ sobre la base de la interacción con el campo. Los campos correspondientes a interacciones fundamentales comenzaron a llamarse campos fundamentales.

Las interacciones fundamentales son interacciones gravitacionales y electromagnéticas.

El desarrollo de la ciencia ha demostrado que las interacciones gravitacionales y electromagnéticas no son las únicas interacciones fundamentales. Actualmente, se han descubierto cuatro interacciones fundamentales. Aprendemos sobre otras dos interacciones fundamentales cuando estudiamos el micromundo.

Los campos electromagnéticos y gravitacionales son campos fundamentales que no pueden reducirse al movimiento de partículas.

Corto y largo alcance... Ya sabemos que la interacción entre partículas (cargadas y no cargadas) se puede describir con la ayuda de campos, pero es posible no introducir el concepto de campo. El concepto según el cual se describe directamente la interacción entre partículas, sin introducir el concepto de campo, se denomina concepto de acción de largo alcance. Este nombre significa que las partículas interactúan a distancia. Por el contrario, el segundo concepto, según el cual la interacción se realiza a través del medio del campo (gravitacional y electromagnético), se denomina concepto de acción cercana. El significado del concepto de acción de corto alcance es que una partícula interactúa con un campo que está cerca de ella, aunque este campo en sí puede ser creado por partículas que están muy lejos (Fig. 13).

Arroz. 13. Ilustración de interacción basada en el concepto de acción de largo alcance (a) y el concepto de acción de corto alcance (b.c)

En el primer caso (ver Fig. 13, a), una fuerza F actúa sobre la carga q desde el lado de la carga Q ubicada a una distancia r. En el segundo caso, la carga Q crea un campo E (x, y, z) en el espacio que lo rodea. En particular, en el punto con coordenadas x 0, y 0, z 0, donde se encuentra la carga q, se crea un campo E (x 0, y 0, z 0) (ver Fig. 13, b). Este campo, y no directamente la carga Q, interactúa con la carga q (ver Fig. 13, c).

Históricamente, el conocimiento sobre la naturaleza se ha desarrollado de tal manera que el concepto de acción a corto plazo, propuesto en los años 30. El siglo XIX, por el físico inglés M. Faraday, fue percibido solo como una descripción conveniente.

La situación cambió fundamentalmente después del descubrimiento de ondas electromagnéticas que se propagan con una velocidad finita: la velocidad de la luz. De la teoría de las ondas electromagnéticas se deduce que cualquier cambio en el campo electromagnético se propaga a través del espacio también con la velocidad de la luz. Refiriéndonos al ejemplo que se muestra en la Figura 13, podemos decir que si la carga Q en algún momento comienza a moverse, entonces la carga q "sentirá" el cambio en la fuerza que actúa sobre ella no al mismo tiempo, sino después. un tiempo r / s (c es la velocidad de la luz), es decir, el tiempo necesario para que la onda electromagnética llegue desde la carga Q a la carga q.

La propagación finita de ondas electromagnéticas conduce al hecho de que la descripción de la interacción electromagnética basada en el concepto de acción de largo alcance se vuelve inconveniente.

Para comprender esto, considere el siguiente ejemplo. En 1054, apareció una estrella brillante en el cielo, cuya luz se observó incluso durante el día durante varias semanas. Luego, la estrella se desvaneció y, en la actualidad, en la región de la esfera celeste donde se encontraba la estrella, se observa una formación levemente luminosa, que se llama Nebulosa del Cangrejo. De acuerdo con las ideas modernas sobre la evolución de las estrellas, estalló una estrella, durante la cual su poder de radiación aumentó miles de millones de veces, después de lo cual la estrella se desintegró. En lugar de la estrella que brilla intensamente, se formaron una estrella de neutrones que prácticamente no emite y una nube en expansión de gas que brilla débilmente.

Desde el punto de vista del concepto de acción de corto alcance, la observación de la luz de una estrella se reduce a lo siguiente. Las cargas de la estrella crearon un campo que llegó a la Tierra en forma de onda e influyó en los electrones de la retina del ojo del observador. En este caso, la onda llegó a la Tierra durante cientos de años. La gente vio el destello de una estrella cuando la estrella en sí ya no estaba allí. Si tratamos de describir esta observación sobre la base del concepto de acción de largo alcance, entonces tenemos que asumir que las cargas en la retina del ojo interactúan no con las cargas de la estrella, sino con las que alguna vez estuvieron en la retina. estrella, que ya no existe. Tenga en cuenta que en el proceso de formación de una estrella de neutrones, muchas cargas desaparecen, ya que los neutrones se forman a partir de electrones y protones, partículas neutras que prácticamente no participan en la interacción electromagnética. De acuerdo en que una descripción basada en la interacción con lo que alguna vez fue, pero que no existe en la actualidad, "no es muy conveniente".

Otra razón para reconocer el campo como material está relacionada con el hecho de que la onda electromagnética transporta energía e impulso a través del espacio (para más detalles, ver § 57). Si el campo no se considera material, entonces debe reconocerse que la energía y el impulso no están asociados con algo material y por sí mismos se transfieren a través del espacio.

La teoría de la relatividad, formulada en 1905 por Albert Einstein, se basa en el postulado de que no existen interacciones (incluidas las fundamentales) que se propaguen más rápido que la luz.

Comenzamos este párrafo con "materializar espíritus". Los físicos son personas ingeniosas y el concepto de "espíritus" ya se utiliza en la teoría de campo moderna. Podemos decir que estos espíritus aún no se han materializado, es decir, no se han observado en la experiencia. Pero la ciencia de los campos fundamentales aún no se ha completado.

La finitud de la propagación de los campos fundamentales y su conexión con la energía y el momento (la transferencia de energía y momento por estos campos) conduce al reconocimiento de estos campos como uno de los constituyentes de la materia. Así, la materia está representada por partículas (materia) y campos fundamentales.

¿Cuál es el significado de los conceptos "campos fundamentales" e "interacciones fundamentales"?
Dé ejemplos de campos que no sean fundamentales.
Piense y dé ejemplos de interacciones no fundamentales.

La variable de campo se puede considerar formalmente de la misma manera que la coordenada espacial se considera en la mecánica cuántica ordinaria, y el operador cuántico del nombre correspondiente se asigna a la variable de campo.

Paradigma de campo, que representa toda la realidad física a un nivel fundamental, reducido a un pequeño número de campos interactuantes (cuantificados), no es solo uno de los más importantes de la física moderna, sino que, quizás, es indudablemente dominante.

La forma más sencilla es visualizar el campo (cuando Viene, por ejemplo, sobre campos fundamentales que no tienen una naturaleza mecánica inmediata obvia) como una perturbación (desviación del equilibrio, movimiento) de algún medio continuo (hipotético o simplemente imaginario) que llena todo el espacio. Por ejemplo, como deformación de un medio elástico, cuyas ecuaciones de movimiento coinciden o están próximas a las ecuaciones de campo del campo más abstracto que queremos visualizar. Históricamente, tal medio se llamaba éter, pero más tarde el término casi desapareció por completo y su parte implícita físicamente significativa se fusionó con el concepto mismo de campo. Sin embargo, para una comprensión visual fundamental del concepto de campo físico en bosquejo general tal representación es útil, dado que en el marco de la física moderna tal enfoque se toma generalmente en su mayor parte sólo a modo de ilustración.

Así, el campo físico se puede caracterizar como un sistema dinámico distribuido con un número infinito de grados de libertad.

El papel de la variable de campo para los campos fundamentales a menudo lo juega el potencial (escalar, vector, tensor), a veces por una cantidad llamada intensidad de campo. (Para campos cuantificados, en cierto sentido, el operador correspondiente es también una generalización del concepto clásico de variable de campo).

Mismo campo En física, una cantidad física se llama, considerada como dependiente del lugar: como un conjunto completo, generalmente hablando, de diferentes valores de esta cantidad para todos los puntos de algún cuerpo continuo extendido - un medio continuo, que describe en su totalidad el estado o movimiento de este cuerpo extendido. Ejemplos de tales campos podrían ser:

temperatura (generalmente hablando, diferente en diferentes puntos, así como en diferentes momentos) en algún medio (por ejemplo, en un cristal, líquido o gas) - un campo de temperatura (escalar),
la velocidad de todos los elementos de un cierto volumen de fluido es un campo vectorial de velocidades,
campo de desplazamiento vectorial y campo de tensión tensorial durante la deformación de un cuerpo elástico.

La dinámica de tales campos también se describe mediante ecuaciones diferenciales parciales, e históricamente, dichos campos se consideraron en física por primera vez, a partir del siglo XVIII.

El concepto moderno del campo físico surgió de la idea de un campo electromagnético, primero realizado en una forma físicamente específica y relativamente cercana a la moderna por Faraday, implementado matemáticamente de manera consistente por Maxwell - inicialmente usando un modelo mecánico de un hipotético medio continuo. - éter, pero luego fue más allá del uso de un modelo mecánico.

Campos fundamentales

Entre los campos de la física, se distinguen los llamados fundamentales. Estos son los campos que, según el paradigma de campo de la física moderna, forman la base de la imagen física del mundo, todos los demás campos e interacciones se derivan de ellos. Incluyen dos clases principales de campos que interactúan entre sí:

campos fermiónicos fundamentales, que representan principalmente la base física de la descripción de la materia,
campos bosónicos fundamentales (incluido el gravitacional, que es un campo de calibre tensorial), que son una extensión y desarrollo del concepto de campos electromagnéticos y gravitacionales newtonianos de Maxwell; la teoría se basa en ellos.

Hay teorías (por ejemplo, la teoría de cuerdas, varias otras teorías de unificación) en las que el papel de los campos fundamentales lo juegan varios otros, incluso más fundamentales desde el punto de vista de estas teorías, campos u objetos (y los campos fundamentales actuales aparecer o debería aparecer en estas teorías en alguna aproximación como una consecuencia "fenomenológica"). Sin embargo, hasta ahora estas teorías no están suficientemente confirmadas o generalmente aceptadas.

Historia

Históricamente, entre los campos fundamentales, se descubrieron por primera vez los campos responsables de la interacción electromagnética (campos eléctricos y magnéticos, luego combinados en un campo electromagnético) y gravitacional (precisamente como campos físicos). Estos campos fueron descubiertos y estudiados con suficiente detalle ya en la física clásica. Al principio, estos campos (dentro del marco de la teoría newtoniana de la gravitación, la electrostática y la magnetostática) buscaban a la mayoría de los físicos más bien como objetos matemáticos formales introducidos por conveniencia formal, y no como una realidad física en toda regla, a pesar de los intentos de un análisis más profundo. comprensión física, que, sin embargo, seguía siendo bastante vaga o no producía frutos demasiado significativos. Pero a partir de Faraday y Maxwell, el acercamiento al campo (en este caso, al campo electromagnético) como una realidad física completamente significativa comenzó a aplicarse de manera sistemática y muy fructífera, incluyendo un avance significativo en la formulación matemática de estas ideas.

Por otro lado, a medida que se desarrolló la mecánica cuántica, se hizo cada vez más claro que la materia (partículas) posee propiedades que son teóricamente inherentes a los campos.

Lo último

Por lo tanto, resultó que la imagen física del mundo se puede reducir en su base a campos cuantificados y su interacción.

En cierta medida, principalmente en el marco del formalismo de integración sobre trayectorias y diagramas de Feynman, también se produjo el movimiento opuesto: los campos se pueden representar en una medida notable como partículas casi clásicas (más precisamente, como una superposición de un número infinito de partículas casi clásicas que se mueven a lo largo de todas las trayectorias concebibles), y la interacción de campos entre sí es como el nacimiento y la absorción de cada uno por partículas (también con una superposición de todas las variantes concebibles de los mismos). Y aunque este enfoque es muy hermoso, conveniente y permite en muchos aspectos volver psicológicamente a la idea de una partícula con una trayectoria bien definida, sin embargo no puede cancelar la visión de campo de las cosas y ni siquiera es una alternativa completamente simétrica a (y por lo tanto más cerca de una hermosa, psicológica y prácticamente conveniente, pero aún así una recepción formal que de un concepto completamente independiente). Aquí hay dos puntos clave:

el procedimiento de superposición no es de ninguna manera "físicamente" explicable dentro del marco de partículas verdaderamente clásicas, Recien agregado a un cuadro "corpuscular" casi clásico, no siendo su elemento orgánico; al mismo tiempo, desde un punto de vista de campo, esta superposición tiene una interpretación clara y natural;
la partícula en sí, moviéndose a lo largo de una trayectoria separada en el formalismo de la integral a lo largo de trayectorias, aunque es muy similar a la clásica, pero aún así, la clásica no es completamente la única trayectoria; hay que agregar el concepto de fase (que es decir, alguna propiedad de onda), que es completamente ajena a este enfoque en su forma pura, y este momento (aunque realmente está minimizado y es bastante fácil no pensar en él) tampoco tiene ninguna interpretación interna orgánica; pero dentro del marco del enfoque de campo habitual, tal interpretación existe nuevamente, y es nuevamente orgánica.

Así, podemos concluir que el enfoque de integración a lo largo de trayectorias es, aunque psicológicamente muy conveniente (después de todo, digamos, una partícula puntual con tres grados de libertad es mucho más simple que el campo de dimensión infinita que la describe) y ha demostrado productividad práctica, pero todavía sólo algunos reformulación, aunque un concepto de campo bastante radical, y no su alternativa.

Y aunque en palabras en este lenguaje todo parece muy "corpuscular" (por ejemplo: "la interacción de partículas cargadas se explica por el intercambio de otra partícula - el portador de interacción" o "la repulsión mutua de dos electrones se debe al intercambio de un fotón virtual entre ellos "), pero detrás de esto hay una realidad de campo tan típica, como la propagación de ondas, aunque lo suficientemente bien escondida para crear un esquema de cálculo efectivo y, en muchos aspectos, brinda oportunidades adicionales para la comprensión cualitativa.

Lista de campos fundamentales

Campos bosónicos fundamentales (los campos son portadores de interacciones fundamentales)

Estos campos son campos de calibración dentro del modelo estándar. Se conocen tales tipos:

Electrodébil
- Campo electromagnético (ver también Fotón)
- El campo es un portador de interacción débil (ver también bosones W y Z)
campo de gluones (ver también gluones)

Campos hipotéticos

Cualquier objeto teórico (por ejemplo, campos) que sean descritos por teorías que no contengan contradicciones internas, claramente no contradigan las observaciones y sean capaces al mismo tiempo de dar consecuencias observables que permitan hacer una elección a favor de estas teorías. en comparación con aquellos, pueden considerarse hipotéticos en un sentido amplio, que ahora se aceptan. A continuación hablaremos (y esto generalmente corresponde a la comprensión habitual del término) principalmente sobre hipotética en este sentido más estrecho y estricto, lo que implica la validez y falsabilidad del supuesto, al que llamamos hipótesis.

En física teórica, se consideran muchos campos hipotéticos diferentes, cada uno de los cuales pertenece a una teoría completamente específica (en términos de su tipo y propiedades matemáticas, estos campos pueden ser completamente o casi iguales a los campos no hipotéticos conocidos, pero pueden diferir más o menos fuertemente; en ambos casos, su hipotética significa que aún no se han observado en la realidad, no se han descubierto experimentalmente; con respecto a algunos de los campos hipotéticos, puede surgir la pregunta de si se pueden observar en principio , e incluso si pueden existir en absoluto, por ejemplo, si la teoría en la que están presentes de repente resulta ser internamente contradictoria).

La pregunta de qué debe considerarse un criterio que permita trasladar un determinado campo específico de la categoría de hipotéticos a la categoría de reales es bastante sutil, ya que la confirmación de una teoría particular y la realidad de ciertos objetos contenidos en ella son a menudo más o menos indirecto. En este caso, el asunto generalmente se reduce a algún tipo de acuerdo razonable de la comunidad científica (cuyos miembros, más o menos en detalle, son conscientes de qué grado de confirmación están hablando realmente).

Incluso en las teorías que se consideran suficientemente bien confirmadas, hay lugar para campos hipotéticos (aquí estamos hablando del hecho de que diferentes partes de la teoría han sido probadas con diversos grados de cuidado, y algunos de los campos que juegan un papel importante en ellos en principio aún no se han manifestado en el experimento de manera bastante definitiva, es decir, hasta ahora se ven exactamente como una hipótesis inventada para ciertos propósitos teóricos, mientras que otros campos que figuran en la misma teoría se han estudiado lo suficientemente bien como para hablar de ellos como realidad).

Un ejemplo de un campo tan hipotético es el campo de Higgs, que es importante en el Modelo Estándar, cuyos campos restantes no son de ninguna manera hipotéticos, y se considera que el modelo en sí, aunque con reservas inevitables, describe la realidad (al menos para la medida en que se conoce la realidad).

Hay muchas teorías que contienen campos que (hasta ahora) nunca se han observado, y a veces estas teorías mismas dan estimaciones tales que sus campos hipotéticos aparentemente (debido a la debilidad de su manifestación derivada de la teoría misma) y no pueden, en principio, ser detectados en el futuro previsible (por ejemplo, un campo de torsión). Tales teorías (si no contienen, además de prácticamente imposibles de verificar, también un número suficiente de consecuencias más fáciles de probar) no se consideran de interés práctico, a menos que alguna no trivial. nueva manera comprobándolos para sortear limitaciones obvias. A veces (como, por ejemplo, en muchas teorías alternativas de la gravedad, por ejemplo, el campo de Dicke) se introducen tales campos hipotéticos, sobre la fuerza de la manifestación de la cual la teoría en sí no puede decir nada en absoluto (por ejemplo, la constante de acoplamiento de este campo con otros es desconocido y puede ser bastante grande y arbitrariamente pequeño); Por lo general, tampoco hay prisa por verificar tales teorías (ya que existen muchas de esas teorías, y cada una de ellas no ha demostrado su utilidad, e incluso es formalmente no falsable), excepto en los casos en que una de ellas, por alguna razón, no lo hace. no comienzan a parecer prometedores para la resolución de algunas dificultades actuales (sin embargo, al filtrar teorías sobre la base de la no falsabilidad, especialmente debido a constantes indefinidas, a veces se niegan aquí, ya que una teoría sólida seria a veces puede ser probada con la esperanza de que su efecto será revelado, aunque no hay garantía de esto; esto es especialmente cierto cuando hay pocas teorías candidatas, o algunas de ellas parecen fundamentalmente interesantes; también, en los casos en que es posible verificar teorías de una amplia variedad de class todo a la vez usando parámetros conocidos, sin gastar esfuerzos especiales en verificar cada uno por separado).

También debe tenerse en cuenta que es costumbre llamar hipotéticos solo aquellos campos que no tienen manifestaciones observables en absoluto (o carecen de ellas, como en el caso del campo de Higgs). Si la existencia de un campo físico está firmemente establecida por sus manifestaciones observadas, y solo estamos hablando de mejorar su descripción teórica (por ejemplo, de reemplazar el campo gravitacional newtoniano con el campo de un tensor métrico en la relatividad general), entonces es generalmente no se acepta hablar de uno u otro como hipotético (aunque para la situación temprana de la relatividad general se podría hablar de la naturaleza hipotética de la naturaleza tensorial del campo gravitacional).

En conclusión, mencionaremos tales campos, el tipo de los cuales es bastante inusual, es decir, teóricamente es bastante concebible, pero nunca se han observado campos de tales tipos en la práctica (y en algunos casos, en las primeras etapas de la desarrollo de su teoría, podrían surgir dudas sobre su consistencia). Estos incluyen, en primer lugar, los campos de taquiones. En realidad, los campos de taquiones solo pueden denominarse potencialmente hipotéticos (es decir, no alcanzan el estado invitado educado), ya que las teorías concretas conocidas, en las que juegan un papel más o menos significativo, por ejemplo, la teoría de cuerdas, no han alcanzado el estatus de suficientemente confirmadas.

Los campos aún más exóticos (por ejemplo, Lorentz-no invariante - violando el principio de relatividad) (a pesar de que son abstractamente teóricamente concebibles) en la física moderna pueden atribuirse a estar bastante más allá del alcance de una suposición razonada, es decir, estrictamente hablando, no se consideran ni siquiera como

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La forma más sencilla es visualizar el campo (cuando hablamos, por ejemplo, de campos fundamentales que no tienen una naturaleza mecánica inmediata obvia) como una perturbación (desviación del equilibrio, movimiento) de algún medio continuo (hipotético o simplemente imaginario). que llena todo el espacio. Por ejemplo, como deformación de un medio elástico, cuyas ecuaciones de movimiento coinciden o están próximas a las ecuaciones de campo del campo más abstracto que queremos visualizar. Históricamente, tal medio se llamaba éter, pero más tarde el término casi desapareció por completo y su parte implícita físicamente significativa se fusionó con el concepto mismo de campo. Sin embargo, para una comprensión visual fundamental del concepto de campo físico en términos generales, tal representación es útil, dado que dentro del marco de la física moderna tal enfoque generalmente se toma en general solo con fines ilustrativos.

Así, el campo físico se puede caracterizar como un sistema dinámico distribuido con un número infinito de grados de libertad.

temperatura (generalmente hablando, diferente en diferentes puntos, así como en diferentes momentos) en algún medio (por ejemplo, en un cristal, líquido o gas) - un campo de temperatura (escalar),
la velocidad de todos los elementos de un cierto volumen de fluido es un campo vectorial de velocidades,
campo de desplazamiento vectorial y campo de tensión tensorial durante la deformación de un cuerpo elástico.

La dinámica de tales campos también se describe mediante ecuaciones diferenciales parciales, e históricamente, dichos campos se consideraron en física por primera vez, a partir del siglo XVIII.

Campos fundamentales

campos fermiónicos fundamentales, que representan principalmente la base física de la descripción de la materia,
campos bosónicos fundamentales (incluido el gravitacional, que es un campo de calibre tensorial), que son una extensión y desarrollo del concepto de campos electromagnéticos y gravitacionales newtonianos de Maxwell; la teoría se basa en ellos.

Historia

Por otro lado, a medida que se desarrolló la mecánica cuántica, se hizo cada vez más claro que la materia (partículas) posee propiedades que son teóricamente inherentes a los campos.

Lo último

Por lo tanto, resultó que la imagen física del mundo se puede reducir en su base a campos cuantificados y su interacción.

el procedimiento de superposición no es de ninguna manera "físicamente" explicable dentro del marco de partículas verdaderamente clásicas, Recien agregado a un cuadro "corpuscular" casi clásico, no siendo su elemento orgánico; al mismo tiempo, desde un punto de vista de campo, esta superposición tiene una interpretación clara y natural;
la partícula en sí, moviéndose a lo largo de una trayectoria separada en el formalismo de la integral a lo largo de trayectorias, aunque es muy similar a la clásica, pero aún así, la clásica no es completamente la única trayectoria; hay que agregar el concepto de fase (que es decir, alguna propiedad de onda), que es completamente ajena a este enfoque en su forma pura, y este momento (aunque realmente está minimizado y es bastante fácil no pensar en él) tampoco tiene ninguna interpretación interna orgánica; pero dentro del marco del enfoque de campo habitual, tal interpretación existe nuevamente, y es nuevamente orgánica.

Lista de campos fundamentales

Campos bosónicos fundamentales (los campos son portadores de interacciones fundamentales)

Estos campos son campos de calibración dentro del modelo estándar. Se conocen tales tipos:

Electrodébil
- Campo electromagnético (ver también Fotón)
- El campo es un portador de interacción débil (ver también bosones W y Z)
campo de gluones (ver también gluones)

Campos hipotéticos

Hay muchas teorías que contienen campos que (hasta ahora) nunca se han observado, y a veces estas teorías mismas dan estimaciones tales que sus campos hipotéticos aparentemente (debido a la debilidad de su manifestación, que se deriva de la teoría misma) y no pueden, en principio, ser detectado en un futuro previsible (por ejemplo, un campo de torsión). Tales teorías (si no contienen, además de prácticamente imposibles de verificar, también un número suficiente de consecuencias más fáciles de probar) no se consideran de interés práctico, a menos que surja alguna nueva forma no trivial de probarlas, lo que le permite a uno sortear las limitaciones obvias. A veces (como, por ejemplo, en muchas teorías alternativas de la gravedad, por ejemplo, el campo de Dicke) se introducen tales campos hipotéticos, sobre cuya fuerza de manifestación la teoría en sí no puede decir nada en absoluto (por ejemplo, la constante de acoplamiento de este campo con otros es desconocido y puede ser bastante grande y arbitrariamente pequeño); Por lo general, tampoco hay prisa por verificar tales teorías (ya que existen muchas de esas teorías, y cada una de ellas no ha demostrado su utilidad, e incluso es formalmente no falsable), excepto en los casos en que una de ellas, por alguna razón, no lo hace. no comienzan a parecer prometedores para la resolución de algunas dificultades actuales (sin embargo, al filtrar teorías sobre la base de la no falsabilidad, especialmente debido a constantes indefinidas, a veces se niegan aquí, ya que una teoría sólida seria a veces puede ser probada con la esperanza de que su efecto será revelado, aunque no hay garantía de esto; esto es especialmente cierto cuando hay pocas teorías candidatas, o algunas de ellas parecen fundamentalmente interesantes; también, en los casos en que es posible verificar teorías de una amplia variedad de class todo a la vez usando parámetros conocidos, sin gastar esfuerzos especiales en verificar cada uno por separado).

Un campo se define en todo el espacio si es un campo fundamental. Campos como el campo de velocidad de un flujo de fluido o el campo de deformación de un cristal se definen en una región del espacio llena con el medio correspondiente.

En términos modernos, generalmente se ve como un campo en (in) espacio-tiempo, por lo que la dependencia de la variable de campo en el tiempo se considera casi igual a la dependencia de las coordenadas espaciales.

A pesar de la presencia de conceptos alternativos o reinterpretaciones, más o menos distantes de su versión estándar, que, sin embargo, aún no pueden obtener una ventaja decisiva sobre ella o incluso una igualdad con ella (sin ir, por regla general, más allá de los fenómenos bastante marginales de la vanguardia de la física teórica), ni, por regla general, demasiado lejos de ella, dejándolo en su conjunto (por ahora) un lugar central.

En contraste con la clase de campos físicos de la física de los medios continuos que se mencionan a continuación, que tienen una naturaleza bastante visual en sí mismos, que se menciona en el artículo siguiente.

Por diversas razones históricas, entre las que destaca el hecho de que el concepto de éter implicaba psicológicamente una implementación bastante específica que podría dar consecuencias verificadas experimentalmente, sin embargo, en realidad, no se encontraron consecuencias no triviales observables físicamente de algunos de estos modelos. , las consecuencias de otros contradecían directamente el experimento, por lo que el concepto de éter físicamente real se reconoció gradualmente como redundante, y con él el término en sí dejó de usarse en física. No el menor papel en esto fue jugado por la siguiente razón: en el momento del pico de discusión de la aplicabilidad del concepto de éter a la descripción del campo electromagnético, la "materia", las "partículas" se consideraban objetos de una naturaleza fundamental. naturaleza diferente, por lo que su movimiento a través del espacio lleno de éter parecía inconcebible o imaginable con enormes dificultades; Posteriormente, esta razón esencialmente dejó de existir debido al hecho de que la materia y las partículas comenzaron a describirse también como objetos de campo, pero en este momento la palabra éter ya estaba casi olvidado como un concepto real de la física teórica.

Aunque en algunas obras de los teóricos modernos a veces el uso del concepto de éter es más profundo, ver AM Polyakov "Campos de calibre y cuerdas".

El estado y el movimiento pueden significar la posición macroscópica y el movimiento mecánico de los volúmenes elementales del cuerpo, y también pueden depender de coordenadas espaciales y cambios a lo largo del tiempo en cantidades tales como corriente eléctrica, temperatura, concentración de una sustancia en particular, etc.

La sustancia, por supuesto, se conocía incluso antes, pero largo tiempo No era del todo obvio que el concepto de campo pudiera relacionarse con la descripción de la materia (que se describía principalmente como "corpuscular"). Así, el concepto mismo de campo físico y el correspondiente aparato matemático se desarrollaron históricamente primero en relación con el campo electromagnético y la gravedad.

Excepto en los casos en que las consideraciones más oscuras llevaron a descubrimientos serios, ya que sirvieron de incentivo para la investigación experimental, conduciendo a descubrimientos fundamentales, como en el descubrimiento de Oersted de la generación de un campo magnético por una corriente eléctrica.

Peter Galison. Los relojes de Einstein, los mapas de Poincaré: imperios del tiempo. - 2004. - P. 389. - ISBN 9780393326048.
Véase el artículo de Poincaré "Dynamics of the electron", sección VIII (A. Poincaré. Obras seleccionadas, vol. 3. Moscú, Nauka, 1974.), informe de M. Planck (M. Planck. Obras seleccionadas. M., Nauka, 1975.) Y el artículo de Einstein y Laube "Sobre las fuerzas motrices", § 3 "Igualdad de acción y reacción" (A. Einstein. Trabajos científicos recopilados, vol. 1. M., Nauka, 1965.) (todos de 1908 ).

Algunas de las propiedades de las ecuaciones de campo se aclararon a partir de una principios generales como la invariancia de Lorentz y el principio de causalidad. Así, el principio de causalidad y el principio de finitud de la velocidad de propagación de las interacciones requieren que las ecuaciones diferenciales que describen los campos fundamentales pertenezcan al tipo hiperbólico.

Estas declaraciones son válidas para campos fundamentales de tipo taquión. Los sistemas macroscópicos con propiedades de campo de taquiones no son inusuales; lo mismo se puede suponer sobre algunos tipos de excitaciones en cristales, etc. (en ambos casos, el lugar de la velocidad de la luz lo ocupa una cantidad diferente).

Esta es una descripción del puesto que existe en este momento. Por supuesto, no significan la imposibilidad fundamental de la aparición de teorías suficientemente motivadas, incluidos campos tan exóticos en el futuro (sin embargo, esta posibilidad difícilmente debería considerarse demasiado probable).

M. Faraday ingresó a la ciencia únicamente gracias a su talento y diligencia en la autoeducación. Proveniente de una familia pobre, trabajó en una encuadernación, donde se familiarizó con las obras de científicos y filósofos. El famoso físico inglés G. Davy (1778-1829), que contribuyó a la entrada de M. Faraday en la comunidad científica, dijo una vez que su mayor logro en la ciencia fue el "descubrimiento" de M. Faraday. M. Faraday inventó el motor eléctrico y el generador eléctrico, es decir, las máquinas para la producción de electricidad. Posee la idea de que la electricidad tiene una única naturaleza física, es decir, independientemente de cómo se obtenga: por el movimiento de un imán o el paso de partículas cargadas eléctricamente en un conductor. Para explicar la interacción entre cargas eléctricas a distancia, M. Faraday introdujo el concepto de campo físico. Campo fisico representó como la propiedad del espacio mismo alrededor de un cuerpo cargado eléctricamente para ejercer un efecto físico sobre otro cuerpo cargado colocado en este espacio. Con la ayuda de partículas metálicas, mostró la ubicación y presencia de fuerzas que actúan en el espacio alrededor de un imán (fuerzas magnéticas) y un cuerpo con carga eléctrica (eléctrico). M. Faraday expuso sus ideas sobre el campo físico en una carta de voluntad, que no se abrió hasta 1938 en presencia de miembros de la Royal Society de Londres. En esta carta se descubrió que M. Faraday poseía una técnica para estudiar las propiedades del campo y, en su teoría, las ondas electromagnéticas se propagan con una velocidad finita. Las razones por las que expuso sus ideas sobre el campo físico en forma de voluntad son probablemente las siguientes. Representantes de la escuela física francesa le exigieron una prueba teórica de la conexión entre fuerzas eléctricas y magnéticas. Además, el concepto de campo físico, según M. Faraday, significaba que la propagación de fuerzas eléctricas y magnéticas se realiza de manera continua de un punto del campo a otro y, por tanto, estas fuerzas tienen el carácter de Fuerzas de corto alcance, y no de largo alcance, como creía Sh. Coulomb. M. Faraday pertenece a otra fructífera idea. Al estudiar las propiedades de los electrolitos, descubrió que la carga eléctrica de las partículas que forman la electricidad no es fraccionaria. Esta idea ha sido confirmada

determinación de la carga del electrón ya a finales del siglo XIX.

D. Teoría de las fuerzas electromagnéticas de Maxwell

Como I. Newton, D. Maxwell dio forma teórica a todos los resultados de las investigaciones de las fuerzas eléctricas y magnéticas. Ocurrió en los años 70 del siglo XIX. Formuló su teoría sobre la base de las leyes de la comunicación de la interacción de las fuerzas eléctricas y magnéticas, cuyo contenido se puede representar de la siguiente manera:

1. Cualquier corriente eléctrica causa o crea un campo magnético en el espacio circundante. Una corriente eléctrica constante crea un campo magnético constante. Pero un campo magnético constante (imán estacionario) no puede crear un campo eléctrico en absoluto (ni constante ni variable).

2. El campo magnético alterno resultante crea un campo eléctrico alterno que, a su vez, crea un campo magnético alterno.

3. Las líneas de fuerza del campo eléctrico se cierran sobre cargas eléctricas.

4. Las líneas de fuerza del campo magnético se cierran sobre sí mismas y nunca terminan, es decir, no existen cargas magnéticas en la naturaleza.

En las ecuaciones de D. Maxwell existía un cierto valor constante C, que indicaba que la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en un campo físico es finita y coincide con la velocidad de propagación de la luz en el vacío, igual a 300 mil km / s.

Conceptos y principios básicos del electromagnetismo.

Algunos científicos percibieron la teoría de D. Maxwell con grandes dudas. Por ejemplo, G. Helmholtz (1821-1894) se adhirió al punto de vista según el cual la electricidad es un "fluido ingrávido" que se propaga a una velocidad infinita. A petición suya, G. Hertz (1857-

1894) se embarcó en un experimento que probaba la naturaleza fluida de la electricidad.

En ese momento, O. Fresnel (1788-1827) demostró que la luz se propaga no como ondas longitudinales, sino transversales. En 1887 G. Hertz logró construir un experimento. La luz en el espacio entre cargas eléctricas se propaga en ondas transversales a una velocidad de 300 mil km / s. Esto le permitió decir que su experimento elimina las dudas sobre la identidad de la luz, la radiación de calor y el movimiento electromagnético de las ondas.

Este experimento se convirtió en la base para la creación de una imagen física electromagnética del mundo, uno de cuyos adherentes fue G. Helmholtz. Creía que todas las fuerzas físicas que prevalecen en la naturaleza deben explicarse en términos de atracción y repulsión. Sin embargo, la creación de una imagen electromagnética del mundo tropezó con dificultades.

1. El concepto básico de Galileo - La mecánica newtoniana fue el concepto de materia,

tener una masa, pero resultó que la sustancia puede tener una carga.

La carga es propiedad fisica Las sustancias crean un campo físico a su alrededor, que tiene un efecto físico sobre otros cuerpos cargados, sustancias (atracción, repulsión).

2. La carga y la masa de una sustancia pueden tener valores diferentes, es decir, son cantidades discretas. Al mismo tiempo, el concepto de campo físico implica la transferencia de interacción física continuamente de un punto a otro. Esto significa que las fuerzas eléctricas y magnéticas son fuerzas de corto alcance, ya que no hay espacio vacío en el campo físico que no esté lleno de ondas electromagnéticas.

3. En la mecánica de Galileo-Newton, es posible una velocidad infinitamente alta

interacción física, también se afirma aquí que el electromagnetismo

las ondas se propagan a una velocidad alta, pero finita.

4. ¿Por qué la fuerza de la gravedad y la fuerza de la interacción electromagnética actúan independientemente una de la otra? Con la distancia a la Tierra, la fuerza de gravedad disminuye, se debilita y las señales electromagnéticas actúan en una nave espacial exactamente de la misma manera que en la Tierra. En el siglo XIX. se podría dar un ejemplo igualmente convincente sin una nave espacial.

5. Inauguración en 1902. P. Lebedev (1866-1912), profesor de la Universidad de Moscú, la presión de la luz exacerbó la cuestión de la naturaleza física de la luz: ¿es una corriente de partículas o solo ondas electromagnéticas de cierta longitud? La presión, como fenómeno físico, está asociada con el concepto de materia, con discreción, más precisamente. Por tanto, la presión de la luz indicó la naturaleza discreta de la luz como una corriente de partículas.

6. La similitud de la disminución de las fuerzas gravitacionales y electromagnéticas, según la ley.

"Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia" - planteó una pregunta legítima: ¿por qué el cuadrado de la distancia y, por ejemplo, no es un cubo? Algunos científicos comenzaron a hablar del campo electromagnético como uno de los estados de "éter" que llena el espacio entre planetas y estrellas.

Todas estas dificultades ocurrieron por el desconocimiento de la estructura del átomo en ese momento, pero el señor Faraday tenía razón al decir que, sin saber cómo está estructurado el átomo, podemos estudiar los fenómenos en los que se expresa su naturaleza física. . De hecho, las ondas electromagnéticas transportan información esencial sobre los procesos que tienen lugar dentro de los átomos de elementos químicos y moléculas de materia. Proporcionan información sobre el pasado y presente lejano del Universo: sobre la temperatura de los cuerpos cósmicos, su composición química, distancia a ellos, etc.

7. Actualmente, se utiliza la siguiente escala de ondas electromagnéticas:

ondas de radio con una longitud de onda de 104 a 10 -3 m;

ondas infrarrojas: de 10-3 a 810-7 m;

luz visible - de 8 10-7 a 4 10-7 m;

ondas ultravioleta - de 4 10-7 a 10-8 m;

Ondas de rayos X (rayos): de 10-8 a 10-11 m;

Radiación gamma: de 10-11 a 10-13 m.

8. En cuanto a los aspectos prácticos del estudio de las fuerzas eléctricas y magnéticas, se llevó a cabo en el siglo XIX. a paso rápido: primera línea telegráfica entre ciudades (1844), tendido del primer cable transatlántico (1866), teléfono (1876), lámpara incandescente (1879), receptor de radio (1895).

La porción mínima de energía electromagnética es fotón.Ésta es la cantidad indivisible más pequeña de radiación electromagnética.

Sensación principios del XXI en. es la creación por científicos rusos de Troitsk (región de Moscú) de un polímero a partir de átomos de carbono, que tiene las propiedades de un imán. En general, se creía que la presencia de metales en una sustancia era responsable de las propiedades magnéticas. Las pruebas de metalicidad de este polímero mostraron que no había presencia de metales en él.