Fizikte alanlar nelerdir? Temel fiziksel alanlar

Alan- maddenin varoluş biçimlerinden biri ve belki de en önemlisi. "Alan" kavramı, elektrik ve manyetik kuvvetlerin belirli bir mesafede sonlu bir hızla hareket ettiği, karşılıklı ve sürekli olarak birbirini oluşturduğu gerçeğini yansıtır. Alan yayılır, uzayda sonlu bir hızla yayılır, madde ile etkileşime girer. Faraday, alanın fikirlerini maddenin yeni bir formu olarak formüle etti ve notları mühürlü bir zarfa koydu ve ölümünden sonra açmayı vasiyet etti (bu zarf sadece 1938'de keşfedildi). Faraday (1840), yasanın kendisi henüz keşfedilmemiş olmasına rağmen, enerjinin evrensel korunumu ve dönüşümü fikrini kullandı.

Faraday derslerinde (1845) yalnızca enerjinin bir biçimden diğerine eşdeğer dönüşümlerinden değil, aynı zamanda uzun süredir "ışık ve elektrik arasında doğrudan bir bağlantı keşfetmeye" çalıştığını ve "mıknatıslanmanın mümkün olduğunu" söyledi. bir ışık demetini elektriklendirin ve manyetik kuvvet çizgisini aydınlatın." Test cisimlerini kullanarak yüklü bir cismin etrafındaki alanı incelemek için bir tekniğe sahiptir, alanın görüntüsüne giriş Güç hatları. Deneylerini, ışığın polarizasyon düzleminin bir manyetik alan tarafından döndürülmesi üzerine anlattı. Maddelerin elektriksel ve manyetik özellikleri arasındaki ilişkinin incelenmesi, Faraday'ı yalnızca para- ve diamanyetizmanın keşfine değil, aynı zamanda temel bir fikrin - bir alan fikrinin - kurulmasına da götürdü. (1852): "Onu çevreleyen ortam veya uzay, gerçek ve eksiksiz bir manyetik sistemin parçası olarak, mıknatısın kendisi kadar önemli bir rol oynar."

Faraday, indüksiyonun elektromotor kuvvetinin E manyetik akı değiştiğinde oluşur F(açma, kapama, iletkenlerdeki akımı değiştirme, bir mıknatısa yaklaşma veya çıkarma vb.). Maxwell bu gerçeği eşitlikle ifade etmiştir: E = -dF/dt. Faraday'a göre, akımları indükleme yeteneği, manyetik bileşke etrafında bir daire içinde kendini gösterir. Maxwell'e göre, alternatif bir manyetik alan bir girdap elektrik alanı ile çevrilidir ve eksi işareti Lenz kuralıyla ilişkilidir: onu oluşturan değişikliği önleyecek bir yönde bir endüksiyon akımı ortaya çıkar. Tanım çürük - İngilizce'den. rotor- girdap. 1846'da F. Neumann, bir endüksiyon akımı oluşturmak için belirli bir miktarda enerjinin harcanması gerektiğini buldu.

Genel olarak, Maxwell tarafından vektör biçiminde yazılan denklemler sistemi, kompakt bir forma sahiptir:

Bu denklemlerde yer alan elektrik ve manyetik indüksiyon vektörleri (D ve B) ve elektrik ve manyetik alan vektörleri (E ve H), dielektrik sabiti e ve ortamın μ manyetik geçirgenliği ile belirtilen basit ilişkilerle bağlanır. Bu işlemin kullanılması, manyetik alan kuvveti vektörünün yoğunluk akımı vektörü etrafında döndüğü anlamına gelir. J.

(1) denklemine göre, herhangi bir akım çevreleyen alanda bir manyetik alana, doğru akım - sabit bir manyetik alana neden olur. Böyle bir alan "sonraki" alanlarda arayamaz Elektrik alanı, çünkü denklem (2)'ye göre sadece değişen bir manyetik alan bir akım üretir. Alternatif akımın etrafında, uzayın "sonraki" elemanında bir dalganın elektrik alanını, sönümsüz bir dalgayı oluşturabilen alternatif bir manyetik alan da oluşturulur - boşluktaki manyetik alanın enerjisi tamamen dönüştürülür. elektrik enerjisi ve tam tersi. Işık enine dalgalar şeklinde yayıldığı için iki sonuç çıkarılabilir: ışık bir elektromanyetik rahatsızlıktır; elektromanyetik alan, uzayda bir hızla enine dalgalar şeklinde yayılır. İle= 3 10 8 m/s, ortamın özelliklerine bağlı olarak ve bu nedenle "anlık uzun menzilli hareket" imkansızdır. Böylece, ışık dalgalarında, elektrik ve manyetik alanların güçleri salınım yapar ve dalganın taşıyıcısı, gerilim durumunda olan uzayın kendisidir. Ve yer değiştirme akımı nedeniyle, yeni bir manyetik alan yaratacak ve bu sonsuza kadar devam edecek. .

(3) ve (4) denklemlerinin anlamı açıktır - (3) elektrostatik Gauss teoremini tanımlar ve Coulomb yasasını genelleştirir, (4) manyetik yüklerin olmadığı gerçeğini yansıtır. Iraksama (lat. ayrılmak tutarsızlığı tespit et) bir kaynak ölçüsüdür. Örneğin, ışık ışınları camda doğmayıp sadece camın içinden geçiyorsa, divD = 0. Işık ve ısı kaynağı olarak güneş pozitif, karanlık ise negatif sapmaya sahiptir. Bu nedenle, elektrik alanın kuvvet çizgileri yoğunluğu p olan yüklerde sona ererken, manyetik alanınkiler kendi üzerlerine kapalıdır ve hiçbir yerde bitmez.

Maxwell denklemlerinin temelini oluşturan görüşler sistemi, Maxwell'in elektromanyetik alan teorisi. Bu denklemler basit bir forma sahip olsa da, Maxwell ve takipçileri üzerinde ne kadar çok çalıştıysa, onlara daha derin anlamlar ortaya çıktı. Faraday-Maxwell elektromanyetik alan teorisinin doğruluğunun ilk doğrudan kanıtı olan deneyleri olan G. Hertz, Maxwell denklemlerinin tükenmezliği hakkında şunları yazdı: matematiksel formüller kendi hayatlarını yaşa, kendi akıllarına sahip ol - görünüşe göre bu formüller bizden daha akıllı, hatta yazarın kendisinden bile daha akıllı, sanki bize bir zamanlar içerdiklerinden daha fazlasını veriyorlar.

Alan yayılma süreci, sönümsüz bir dalga şeklinde süresiz olarak devam edecektir - boşluktaki manyetik alanın enerjisi tamamen elektrik enerjisine dönüşür ve bunun tersi de geçerlidir. Denklemlere dahil edilen sabitler arasında c sabiti vardı; Maxwell, değerinin tam olarak ışık hızına eşit olduğunu buldu. Bu tesadüf göz ardı edilemezdi. Böylece, ışık dalgalarında, elektrik ve manyetik alanların güçleri salınım yapar ve dalganın taşıyıcısı, gerilim durumunda olan uzayın kendisidir.

Bir ışık dalgası bir elektromanyetik dalgadır Weiskopf'un dediği gibi "uzayda koşuyor ve onu yayan suçlamalardan ayrılıyor". Maxwell'in keşfini önem açısından Newton'un yerçekimi yasasının keşfiyle karşılaştırdı. Newton, gezegenlerin hareketini Dünya üzerindeki yerçekimi ile ilişkilendirdi ve kuvvetlerin etkisi altında kütlelerin mekanik hareketini yöneten temel yasaları keşfetti. Maxwell optikleri elektrikle ve elektrik ve manyetik alanların davranışını ve bunların yükler ve mıknatıslarla etkileşimini yöneten türetilmiş temel yasalarla (Maxwell denklemleri) birbirine bağladı. Newton'un çalışmaları, evrensel yerçekimi yasası kavramının, Maxwell'in çalışmalarının - elektromanyetik alan kavramının ve yayılma yasalarının kurulmasının ortaya çıkmasına yol açtı. Bir elektromanyetik alan, bir malzeme taşıyıcısından bağımsız olarak var olabiliyorsa, o zaman uzun menzilli hareket, uzayda sınırlı bir hızla yayılan kısa menzilli harekete yol açmalıdır. Yer değiştirme akımı (1861), elektromanyetik dalgalar ve ışığın elektromanyetik doğası (1865) fikirleri o kadar cesur ve sıradışıydı ki, gelecek nesil fizikçiler bile Maxwell'in teorisini hemen kabul etmediler. 1888'de G. Hertz açıldı elektromanyetik dalgalar, ancak Maxwell'in teorisinin W. Thomson (Kelvin) gibi aktif bir rakibi, ancak 1889'da varlığını keşfeden P.N. Lebedev'in deneyleriyle ikna edilebilirdi. hafif basınç.

XIX yüzyılın ortalarında. Maxwell, birleşik alan teorisinde elektrik ve manyetizmayı birleştirdi. Elektrik yükü, en ünlüsü - elektron ve proton - aynı yüke sahip olan temel parçacıklarla ilişkilidir. e, doğanın evrensel sabitidir. SI \u003d 1.6 10 -19 C'de. Manyetik yükler henüz keşfedilmemiş olsa da, teoride zaten ortaya çıkıyorlar. Fizikçi Dirac'a göre, manyetik yüklerin değeri elektron yükünün katları olmalıdır.

Elektromanyetik alan alanında daha fazla araştırma, Hollandalı fizikçi H.A.'nın klasik mekaniğin fikirleriyle çelişkilere yol açtı. Lorenz. Galileo'nun klasik dönüşümlerinden farklı olarak, alan teorisiyle bağlantılı bir sabit - ışık hızı içeren atalet sistemlerinin koordinatlarının dönüşümlerini tanıttı. Işık hızına yakın hızlarda zaman ve uzunluk ölçekleri değişti. Bu Lorentz dönüşümlerinin fiziksel anlamı, yalnızca 1905'te A. Einstein tarafından, özel görelilik teorisinin (SRT) veya göreli mekaniğin temelini oluşturan “Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği Üzerine” adlı çalışmasında açıklandı.

Doğa bilimi, yalnızca Evrendeki maddi nesnelerin türlerini ayırt etmekle kalmaz, aynı zamanda aralarındaki bağlantıları da ortaya çıkarır. İntegral bir sistemdeki nesneler arasındaki bağlantı, öğelerin her birinin dış çevreden öğelerle olan bağlantısından daha düzenli ve daha kararlıdır. Bir sistemi yok etmek, bir elemanı sistemden izole etmek için ona belirli bir enerji uygulamak gerekir. Bu enerjinin farklı bir değeri vardır ve sistemin elemanları arasındaki etkileşimin türüne bağlıdır. Mega dünyada bu etkileşimler yerçekimi ile sağlanırken, makro dünyada yerçekimine elektromanyetik etkileşim eklenir ve daha güçlü olduğu için asıl olan haline gelir. Mikro kozmosta, bir atomun boyutunda, atom çekirdeğinin bütünlüğünü sağlayan daha da güçlü bir nükleer etkileşim ortaya çıkar. İç bağların enerjisi olan temel parçacıklara geçişte, doğal maddelerin kimyasal bileşikler atomlardan oluşan ve periyodik tabloda toplanan elementler. Bir süre atomların evrenin temel yapı taşları olduğuna inanılıyordu, ancak daha sonra atomun “bütün Evren” olduğu ve birbirleriyle etkileşime giren daha da temel parçacıklardan oluştuğu tespit edildi: protonlar, elektronlar, nötronlar, mezonlar. , vb. Temel olduğunu iddia eden parçacıkların sayısı artıyor, ancak bunlar gerçekten temel mi?

Newton mekaniği kabul edildi, ancak ivmeye neden olan kuvvetlerin kökeni tartışılmadı. Yerçekimi kuvvetleri boşlukta hareket eder, bunlar uzun menzillidir, elektromanyetik kuvvetler ise ortam boyunca hareket eder. Şu anda, doğadaki tüm etkileşimler dört türe indirgenmiştir: yerçekimi, elektromanyetik, güçlü nükleer ve zayıf nükleer.

yer çekimi(lat. yer çekimi- ciddiyet) - tarihsel olarak araştırılan ilk etkileşim. Aristoteles'in ardından, tüm cisimlerin "yerlerine" (ağır - Dünya'ya kadar, ışık - yukarı) eğilimli olduğuna inanılıyordu. XVII-XVIII yüzyılların fiziği. sadece yerçekimi etkileşimleri biliniyordu. Newton'a göre, iki noktasal kütle, onları birbirine bağlayan düz çizgi boyunca yönlendirilen bir kuvvetle birbirini çeker: Eksi işareti, çekim ile uğraştığımızı gösterir, r- bedenler arasındaki mesafe (vücutların boyutunun çok daha küçük olduğuna inanılıyor r), t 1 ve t 2 - vücut kitleleri. Değer G- yerçekimi kuvvetlerinin değerini belirleyen evrensel bir sabit. 1 kg ağırlığındaki cisimler birbirinden 1 m uzaklıktaysa, aralarındaki çekim kuvveti 6.67 10 -11 n'dir. Yerçekimi evrenseldir, tüm cisimler ona tabidir ve parçacığın kendisi bile yerçekiminin kaynağıdır. eğer değer G daha büyük olsaydı, güç de artacaktı, ama Gçok küçüktür ve atom altı parçacıkların dünyasındaki yerçekimi etkileşimi önemsizdir ve makroskopik cisimler arasında zar zor fark edilir. Cavendish büyüklüğü ölçebildi G, burulma ağırlıkları kullanarak. evrensellik sabiti G Evrendeki herhangi bir yerde ve zamanda herhangi bir anda, 1 kg kütleli ve aralarında 1 m mesafe bulunan cisimler arasındaki çekim kuvvetinin aynı değerde olacağı anlamına gelir. Bu nedenle, diyebiliriz ki, değer G yerçekimi sistemlerinin yapısını belirler. Yerçekimi veya yerçekimi, küçük parçacıklar arasındaki etkileşimde çok önemli değildir, ancak gezegenleri tutar. Güneş Sistemi ve galaksiler. Hayatımızda sürekli yerçekimini hissederiz. Yasa, yerçekimi kuvvetinin uzun vadeli yapısını ve yerçekimi etkileşiminin ana özelliğini - evrenselliğini onayladı.

Einstein'ın yerçekimi teorisi (GR), güçlü yerçekimi alanlarında, zayıf olanlarda Newton yasasından farklı sonuçlar verir - her iki teori de örtüşür. OT'ye göre, yer çekimi- uzay-zamanın eğriliğinin bir tezahürüdür. Cisimler kavisli yollar boyunca hareket ederler çünkü yerçekimi üzerlerine etki etmez, ancak kavisli uzay-zamanda hareket ederler. "En kısa yoldan hareket ederler ve yerçekimi geometridir." Uzay-zaman eğriliğinin etkisi, yalnızca nötron yıldızları veya kara delikler gibi çöken nesnelerin yakınında tespit edilemez. Örneğin, Merkür'ün yörüngesinin devinimi veya Dünya yüzeyinde zamanın yavaşlaması (bkz. Şekil 2.3, v). Einstein, yerçekiminin ivmeli hareketin eşdeğeri olarak tanımlanabileceğini gösterdi.

Evrenin kendi kendine yerçekiminin etkisi altında sıkışmasını önlemek ve durağanlığını sağlamak için, olağandışı özelliklere sahip olası bir yerçekimi kaynağı tanıttı, bu da maddenin konsantrasyonuna değil "itmesine" ve itici kuvvete yol açtı. mesafe arttıkça artar. Ancak bu özellikler kendilerini yalnızca Evrenin çok büyük ölçeklerinde gösterebilir. İtici kuvvet inanılmaz derecede küçüktür ve itici kütleye bağlı değildir; şeklinde sunulmuştur. T - itilen nesnenin kütlesi; r- itici gövdeden uzaklığı; L- devamlı. Şu anda için bir üst sınır var L= 10 -53 m -2, yani 1 m mesafede bulunan 1 kg kütleli iki cisim için, çekim kuvveti kozmik itmeyi en az 10 25 kat aşıyor. 10 41 kg kütleli iki gökada 10 milyon sv uzaklıktaysa. yıl (yaklaşık 10 22 m), o zaman onlar için çekim kuvvetleri itme kuvvetleri tarafından yaklaşık olarak dengelenir, eğer değer L belirtilen üst sınıra gerçekten yakın. Bu değer, Evrenin büyük ölçekli yapısı için temel bir yapı olarak önemli olmasına rağmen, şimdiye kadar ölçülmemiştir.

elektromanyetik etkileşim, elektrik ve manyetik yüklerin neden olduğu, fotonlar tarafından taşınır. Yükler arasındaki etkileşim kuvvetleri, karmaşık bir şekilde yüklerin konumuna ve hareketine bağlıdır. eğer iki ücret Q 1 ve q2 uzaktaki noktalarda hareketsiz ve konsantre r, aralarındaki etkileşim elektrikseldir ve Coulomb yasası ile belirlenir: itibarenşarj işaretleri 1 ve q2 yükleri birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilen elektriksel etkileşim kuvveti, çekme veya itme kuvveti olacaktır. Burada, elektrostatik etkileşimin yoğunluğunu belirleyen bir sabit ile gösterilir, değeri 8,85 10 -12 F/m'ye eşittir. Böylece, her biri 1 m ile ayrılan 1 C'lik iki yük 8.99 109 N'luk bir kuvvete maruz kalacaktır. Elektrik yükü her zaman temel parçacıklarla ilişkilidir. Aralarında en ünlüsü olan proton ve elektronun yükünün sayısal değeri aynıdır: bu evrensel sabittir. e = 1,6 10 -19 C. Protonun yükü pozitif, elektronun yükü negatif olarak kabul edilir.

Manyetik kuvvetler elektrik akımları tarafından üretilir - elektrik yüklerinin hareketi. Manyetik yüklerin (manyetik monopoller) varlığının tahmin edildiği simetrileri dikkate alarak teorileri birleştirme girişimleri vardır, ancak bunlar henüz keşfedilmemiştir. Bu nedenle, değer e ayrıca manyetik etkileşimin yoğunluğunu da belirler. Elektrik yükleri ivme ile hareket ederse, yayılırlar - frekans aralığına bağlı olarak ışık, radyo dalgaları veya X-ışınları şeklinde enerji verirler. Duyularımız tarafından algılanan hemen hemen tüm bilgi taşıyıcıları, bazen karmaşık biçimlerde görünseler de, doğaları gereği elektromanyetiktir. Elektromanyetik etkileşimler atomların yapısını ve davranışını belirler, atomları çürümekten korur ve moleküller arasındaki bağlardan, yani kimyasal ve biyolojik olaylardan sorumludur.

Yerçekimi ve elektromanyetizma, tüm evrene yayılan uzun menzilli kuvvetlerdir.

Güçlü ve zayıf nükleer etkileşimler- kısa menzilli ve sadece atom çekirdeğinin boyutunda, yani 10-14 m mertebesindeki alanlarda ortaya çıkıyor.

Zayıf nükleer etkileşim, temel parçacıkların bazı nükleer bozunma türlerine (örneğin, (3-bozunma - nötronların protonlara dönüşümü) neden olan ve neredeyse nokta etki yarıçapına sahip birçok işlemden sorumludur: yaklaşık 10 -18 m. parçacıkların dönüşümleri üzerinde hareketlerinden daha güçlü bir etki, bu nedenle etkinliği, bozunma hızı ile ilişkili sabit - evrensel eşleşme sabiti tarafından belirlenir. g(W), bu, nötron bozunması gibi süreçlerin hızını belirler. Zayıf nükleer kuvvet, sözde zayıf bozonlar tarafından gerçekleştirilir ve bazı atom altı parçacıklar diğerlerine dönüşebilir. Kararsız subnükleer parçacıkların keşfi, zayıf kuvvetin birçok dönüşüme neden olduğunu ortaya çıkardı. Süpernovalar, gözlemlenen birkaç zayıf etkileşimden biridir.

Güçlü nükleer kuvvet, atom çekirdeğinin çürümesini önler ve bu olmasaydı, çekirdekler, protonların elektriksel itme kuvvetleri nedeniyle çürürdü. Bazı durumlarda, onu karakterize etmek için değer verilir. g(S), elektrik yüküne benzer, ancak çok daha büyüktür. Gluonlar tarafından gerçekleştirilen güçlü etkileşim, yaklaşık 10-15 m yarıçaplı bir bölgenin dışında keskin bir şekilde sıfıra düşer ve protonları, nötronları ve hadron adı verilen diğer benzer parçacıkları oluşturan kuarkları birbirine bağlar. Protonların ve nötronların etkileşiminin, iç etkileşimlerinin bir yansıması olduğunu söylüyorlar, ancak şimdiye kadar bu derin fenomenlerin resmi bizden gizlendi. Güneş ve yıldızlar tarafından salınan enerji, nükleer reaktörlerdeki dönüşümler ve enerjinin serbest bırakılması ile ilişkilidir. Bu tür etkileşimler görünüşte farklı bir niteliktedir. Bugüne kadar, doğadaki tüm etkileşimlerin onlar tarafından tüketilip tüketilmediği açık değildir. En güçlüsü kısa menzilli güçlü etkileşimdir, elektromanyetik olan 2 büyüklük mertebesi, zayıf olan 14 büyüklük mertebesi ve yerçekimi olan güçlü olandan 39 büyüklük mertebesi daha zayıftır. Etkileşim kuvvetlerinin büyüklüğüne göre farklı zamanlarda meydana gelirler. Parçacıklar ışık hızına yakın hızlarla çarpıştığında güçlü nükleer etkileşimler ortaya çıkar. Kuvvetlerin etki yarıçapının ışık hızına bölünmesiyle belirlenen tepki süresi, 10-23 s mertebesinde bir değer verir. Zayıf etkileşim süreçleri 10-9 s ve yerçekimi süreçleri - 10 16 s veya 300 milyon yılda meydana gelir.

P. Ehrenfest'in gösterdiği gibi, yerçekimi kütlelerinin veya elektrik yüklerinin birbirleri üzerinde hareket ettiği noktaya göre “ters kare kanunu”, uzayın üç boyutluluğunu takip eder (1917). Boşlukta Pölçümler, nokta parçacıkları ters derece yasasına göre etkileşir ( n- bir). İçin n = 3, ters kare yasası geçerlidir, çünkü 3 - 1 \u003d 2. Ve ters küp yasasına karşılık gelen u \u003d 4 ile gezegenler spiraller halinde hareket eder ve hızla Güneş'e düşer. Üçten fazla boyutu olan atomlarda da kararlı yörüngeler olmayacaktı, yani kimyasal süreçler ve yaşam olmayacaktı. Kant, uzayın üç boyutluluğu ile yerçekimi yasası arasındaki bağlantıya da dikkat çekti.

Ek olarak, dalgaların saf haliyle yayılmasının, çift sayıda boyuta sahip bir uzayda imkansız olduğu gösterilebilir - dalga tarafından taşınan yapıyı (bilgiyi) ihlal eden bozulmalar ortaya çıkar. Bunun bir örneği, bir dalganın kauçuk bir kaplama üzerinde (boyutlu bir yüzey üzerinde) yayılmasıdır. P= 2). 1955'te matematikçi H. J. Whitrow, canlı organizmaların bilgiyi iletmesi ve işlemesi gerektiğinden, daha yüksek yaşam biçimlerinin eşit boyutlu uzaylarda var olamayacağı sonucuna vardı. Bu sonuç, bizim bildiğimiz yaşam biçimlerine ve doğa yasalarına atıfta bulunur ve diğer dünyaların, diğer doğanın varlığını dışlamaz.

Newton ve P. Laplace'dan mekaniğin evrensel bir fiziksel teori olarak ele alınması korunmuştur. 19. yüzyılda bu yer, mekanik, termodinamik ve maddenin kinetik teorisi, ışığın elastik teorisi ve elektromanyetizma dahil olmak üzere dünyanın mekanik resmi tarafından alındı. Elektronun keşfi, fikirlerin gözden geçirilmesini teşvik etti. Yüzyılın sonunda, H. Lorentz elektronik teorisini tüm doğa olaylarını kapsayacak şekilde inşa etti, ancak bunu başaramadı. Yük ayrıklığı ve alan sürekliliği ile ilgili problemler ve radyasyon teorisindeki ("ultraviyole felaket") problemler, dünyanın ve kuantum mekaniğinin kuantum alan resminin yaratılmasına yol açtı. SRT'nin yaratılmasından sonra, görelilik teorisini, Maxwell'in teorisini ve mekaniğini birbirine bağlayan dünyanın elektromanyetik resminin, doğal dünyayı evrensel bir şekilde kapsaması bekleniyordu, ancak bu yanılsama kısa sürede ortadan kaldırıldı.

Birçok teorisyen yerçekimi ve elektromanyetizmayı birleşik denklemlerle ele almaya çalıştı. Dört boyutlu uzay-zamanı tanıtan Einstein'ın etkisi altında, fenomenleri uzayın geometrik özelliklerine indirgemek amacıyla çok boyutlu alan teorileri inşa edildi.

Birleştirme, dış kuvvetlerin yokluğunda boş uzayda hareket eden farklı gözlemciler için ışık hızının yerleşik bağımsızlığı temelinde gerçekleştirildi. Einstein'ın fotoğrafı dünya çizgisi uzaysal eksenin yatay olarak yönlendirildiği ve zamansal eksenin dikey olduğu bir düzlemdeki nesne. O zaman dikey çizgi, belirli bir referans çerçevesinde hareketsiz olan bir nesnenin dünya çizgisidir ve eğimli çizgi, sabit bir hızla hareket eden bir nesnedir. Eğri dünya çizgisi, nesnenin ivme ile hareketine karşılık gelir. Bu düzlemdeki herhangi bir nokta, belirli bir zamanda belirli bir yerdeki bir konuma karşılık gelir ve denir. Etkinlik. Bu durumda, yerçekimi artık uzay ve zamanın pasif bir arka planına etki eden bir kuvvet değil, uzay-zamanın kendisinin bir çarpıklığıdır. Sonuçta, yerçekimi alanı uzay-zamanın "eğriliği" dir.

Birbirine göre hareket eden referans sistemleri arasında bir bağlantı kurmak için, uzaysal aralıkları zamansal olanlarla aynı birimlerde ölçmek gerekir. Böyle bir dönüşümün çarpanı şu şekilde olabilir: ışık hızı, mesafe ile ışığın bu mesafeyi kat etmesi için geçen süreyi ilişkilendirir. Böyle bir sistemde 1 m, 3.33 ne'ye (1 ne = 10 -9 s) eşittir. O zaman bir fotonun dünya çizgisi 45°'lik bir açıyla ve herhangi bir maddi nesnenin - daha küçük bir açıyla geçecektir (çünkü hızı her zaman ışık hızından daha azdır). Uzaysal eksen üç Kartezyen eksene karşılık geldiğinden, maddi cisimlerin dünya çizgileri, foton dünya çizgisi tarafından tanımlanan koninin içinde olacaktır. 1919 güneş tutulması gözlemlerinin sonuçları Einstein'a dünya çapında ün kazandırdı. Sadece bir tutulma sırasında Güneş'in yakınında görülebilen yıldızların yer değiştirmeleri, Einstein'ın yerçekimi teorisinin öngörüleriyle örtüşüyordu. Böylece, yerçekimi teorisinin inşasına yönelik geometrik yaklaşımı, etkileyici deneylerle doğrulandı.

Aynı 1919'da, GR ortaya çıktığında, Königsberg Üniversitesi'nden Privatdozent T. Kaluza Einstein'a makalesini gönderdi ve burada teklif etti. beşinci Boyut. Tüm etkileşimlerin temel ilkesini bulmaya çalışırken (o zamanlar ikisi biliniyordu - yerçekimi ve elektromanyetizma), Kaluza bunların beş boyutlu genel görelilikte tek tip olarak türetilebileceğini gösterdi. Beşinci boyutun boyutu, birleşmenin başarısı için önemli değildi ve belki de o kadar küçüktür ki, tespit edilemez. Makale ancak Einstein ile iki yıllık bir yazışmadan sonra yayınlandı. İsveçli fizikçi O. Klein, kuantum mekaniğinin temel denkleminin dört yerine beş değişkenli bir modifikasyonunu önerdi (1926). Hissetmediğimiz uzayın boyutlarını çok küçük boyutlara “yuvarladı” (uzaktan bir sarma hattı gibi görünen dikkatsizce atılan bir sulama hortumu örneğini vererek ve her noktasına yakın döner. bir daire olmak üzere). Bu tuhaf döngülerin boyutları, atom çekirdeğinin boyutundan 10 20 kat daha küçüktür. Bu nedenle, beşinci boyut gözlemlenebilir değil, mümkündür.

Sovyet bilim adamları G.A. Mandel ve V.A. Fok. Beş boyutlu uzayda yüklü bir parçacığın yörüngesinin kesin olarak jeodezik bir çizgi olarak tanımlanabileceğini gösterdiler (Yunancadan. jeodazi- arazi bölünmesi) veya yüzeydeki iki nokta arasındaki en kısa yol, yani beşinci boyut fiziksel olarak gerçek olabilir. Her parçacığı, boyutu parçacığın enerjisine bağlı olan uzayda bir bölgeyi kaplayan bir dalga paketi olarak temsil eden Heisenberg belirsizlik ilişkisi nedeniyle tespit edilmedi (enerji ne kadar büyükse, bölgenin hacmi o kadar küçüktür) . Beşinci boyut küçük bir daire şeklinde katlanırsa, onu tespit etmek için onu aydınlatan parçacıkların yüksek enerjiye sahip olması gerekir. Hızlandırıcılar 10 -18 m çözünürlük sağlayan parçacık demetleri üretirler, bu nedenle beşinci boyuttaki daire daha küçük boyutlara sahipse henüz tespit edilemez.

Sovyet profesörü Yu.B. Rumer, beşinci boyut teorisinde, beşinci boyuta anlam verilebileceğini göstermiştir. hareketler. Hemen bu beş boyutlu uzayı, daha önce Einstein tarafından tanıtılan dört boyutlu uzay-zaman olarak görselleştirme girişimleri oldu. Böyle bir girişim, "paralel" dünyaların varlığının hipotezidir. Topun dört boyutlu bir görüntüsünü hayal etmek zor değildi: zamanın her noktasındaki görüntülerinin bir koleksiyonudur - geçmişten geleceğe uzanan bir top “borusu”. Beş boyutlu bir top zaten bir alandır, kesinlikle aynı dünyaların bir düzlemidir. Üçten beşe kadar boyuta sahip tüm dünyalarda, tek bir sebep bile, tesadüfi de olsa, çeşitli sonuçlara yol açabilir. altı boyutlu Olağanüstü Sovyet uçak tasarımcısı L.R. tarafından inşa edilen evren. Bartini, üç mekansal boyut ve üç zamansal boyut içerir. Bartini için zamanın uzunluğu süre, genişlik seçeneklerin sayısı, yükseklik ise olası dünyaların her birinde zamanın hızıdır.

Kuantum yerçekimi teorisi genel görelilik ve kuantum mekaniğini birleştirmesi gerekiyordu. Kuantum yerçekimi yasalarıyla yönetilen bir evrende, uzay-zamanın eğriliği ve yapısı dalgalanmalıdır, kuantum dünyası asla durağan değildir. Ve geçmiş ve gelecek kavramları, böyle bir dünyadaki olayların sırası da farklı olmalıdır. Kuantum etkileri son derece küçük ölçeklerde göründüğü için bu değişiklikler henüz tespit edilmedi.

50'lerde. 20. yüzyıl R. Feynman, Yu. Schwinger ve S. Tomogawa bağımsız olarak kuantum elektrodinamiğini yarattı, kuantum mekaniğini göreli kavramlarla birleştirdi ve atomlar ve radyasyon çalışmalarında elde edilen birçok etkiyi açıkladı. Daha sonra zayıf etkileşimler teorisi geliştirildi ve elektromanyetizmanın matematiksel olarak ancak zayıf etkileşimle birleştirilebileceği gösterildi. Yazarlarından biri olan Pakistanlı teorik fizikçi A. Salam şunları yazdı: “Einstein'ın başarısının sırrı, kütleçekimsel etkileşimde yükün temel önemini fark etmesidir. Elektromanyetik, zayıf ve güçlü etkileşimlerdeki yüklerin doğasını Einstein'ın yerçekimi için yaptığı kadar derinden anlayana kadar, nihai birleşmede başarı için çok az umut var... Sadece Einstein'ın başarısız olduğu girişimlerini sürdürmek istemiyoruz. başarılı , ancak bu programa diğer ücretleri de dahil edin.

Çokboyutlu teorilere ilgi yeniden canlandı ve Einstein, Bergman, Kaluza, Rumer ve Jordan'ın çalışmaları yeniden dönmeye başladı. Sovyet fizikçilerinin (L.D. Landau, I.Ya. Pomeranchuk, E.S. Fradkin) çalışmalarında, kuantum elektrodinamiğinde 10 -33 cm mesafelerde giderilemez çelişkilerin ortaya çıktığı (farklılıklar, anomaliler, tüm yükler yok olur) gösterildi. Birçok bilim insanı, birleşik bir teori yaratma fikirleri üzerinde çalıştı. S. Weinberg, A. Salam ve S. Glashow, elektromanyetizma ve zayıf nükleer kuvvetin bazı "elektrozayıf" kuvvetin bir tezahürü olarak kabul edilebileceğini ve güçlü kuvvetin gerçek taşıyıcılarının kuarklar olduğunu göstermiştir. Oluşturulan teori - kuantum renk dinamiği- kuarklardan protonlar ve nötronlar inşa etti ve temel parçacıkların sözde standart modelini oluşturdu.

Planck ayrıca ana teorileri belirleyen üç sabitten oluşan niceliklerin temel rolüne de dikkat çekti - SRT (ışık hızı c), kuantum mekaniği (Planck sabiti H) ve Newton'un yerçekimi teorisi (yerçekimi sabiti G). Kombinasyonlarından üç miktar elde edilebilir (Planck)İle

kütle, zaman ve uzunluk boyutları

5 10 93 g/cm3 . Planck uzunluğu, kuantum elektrodinamiğinin anlamını yitirdiği kritik mesafeyle örtüşür. Şimdi geometri, yalnızca Planck olanlardan 17 büyüklük sırası daha büyük olan 10 - 16 cm'den daha fazla mesafelerde belirlendi! Teorideki sapmaları ve anormallikleri ortadan kaldırmak için etkileşimlerin birleştirilmesi gereklidir - sorun parçacıkların noktalar olarak tanımlanması ve uzay-zamanın çarpıtılmasıydı. Ve daha yüksek simetri fikirlerinin yardımıyla onu aramaya başladılar. Bu fikirler 80'lerde "ikinci bir rüzgar" aldı. 20. yüzyıl HBO ve süper yerçekiminin büyük birleşme teorilerinde. GUT, yerçekimi hariç tüm etkileşimleri birleştirmenize izin veren bir teoridir. Bununla yerçekimi etkileşimini birleştirmek mümkünse, Var Olan Her Şeyin Teorisini (TVS) elde ederiz. O zaman dünya tek tip olarak tanımlanacaktır. Böyle bir "süper güç" arayışı devam ediyor.

Süper yerçekimi teorileri, genel göreliliğin inşasında geometrik yaklaşımın karakteristiği olan çok boyutlu yapıları kullanır. dışında bir dünya inşa edebilirsiniz. farklı numara boyutlar (11 ve 26 boyutlu modeller kullanırlar), ancak 11 boyutlu olanlar matematiksel açıdan en ilginç ve güzel olanlardır: 7, yerçekimi olmayan üç kuvvete izin veren minimum gizli uzay-zaman boyutu sayısıdır. teoriye dahil edilebilir ve 4'ü sıradan uzay boyutlarıdır -zaman. Bilinen dört etkileşim, beşten fazla boyuta sahip geometrik yapılar olarak kabul edilir.

Süper sicim teorisi 1980'lerin ortalarından beri geliştirilmiştir. 20. yüzyıl süper yerçekimi ile birlikte. Bu teori İngiliz bilim adamı M. Green ve Amerikalı bilim adamı J. Schwartz tarafından geliştirilmiştir. Parçacıkları bir nokta yerine çok boyutlu bir uzaya yerleştirilmiş tek boyutlu bir sicim ile ilişkilendirdiler. Bu teori, nokta parçacıkları küçük enerji döngüleriyle değiştirerek, hesaplamalarda ortaya çıkan saçmalıkları ortadan kaldırdı. kozmik sicimler - bunlar, temel parçacıklar teorisi tarafından üretilen egzotik görünmez oluşumlardır. Bu teori, dünyanın hiyerarşik anlayışını yansıtır - fiziksel gerçeklik için nihai bir temel olmadığı, sadece daha küçük ve daha küçük parçacıkların bir dizisi olma olasılığı. Çok büyük parçacıklar ve kütlesiz yaklaşık bin parçacık vardır. Bir Planck boyutuna (10 -33 cm) sahip olan her tel, sonsuz sayıda titreşim türüne (veya moduna) sahip olabilir. Nasıl ki bir kemanın tellerinin titreşimi çeşitli sesler üretiyorsa, bu tellerin titreşimi de tüm kuvvetleri ve parçacıkları üretebilir. süper sicimler kiraliteyi anlamamıza izin verin (Yunancadan. cheir- el), süper yerçekimi sol ve sağ arasındaki farkı açıklayamazken - her yönde eşit sayıda parçacığa sahiptir. Süper sicim teorisi, süper yerçekimi gibi, deneyimle ilgili değil, anomalilerin ve sapmaların daha matematiksel olarak ortadan kaldırılmasıyla ilgilidir.

Amerikalı fizikçi E. Witten, süper sicim teorisinin fiziğin geleceği için ana umut olduğu, sadece yerçekimi olasılığını hesaba katmakla kalmayıp, aynı zamanda varlığını da ileri sürdüğü ve yerçekiminin süper sicim teorisinin bir sonucu olduğu sonucuna varmıştır. Topoloji ve kuantum alan teorisinden ödünç alınan teknolojisi, dolaşmış yüksek boyutlu düğümler arasındaki derin simetrileri keşfetmeyi mümkün kılar. Nispeten tutarlı bir teoriye karşılık gelen bir boyut sabitlendi, 506'ya eşittir.

Süper sicim teorisi, maddenin evrendeki "düzensiz" dağılımını açıklamak için kullanılabilir. Süper sicimler, yeni doğan Evrenin maddesinden arta kalan ipliklerdir. İnanılmaz derecede hareketli ve yoğundurlar, etraflarındaki boşluğu bükerler, karışıklık ve döngüler oluştururlar ve büyük döngüler, temel parçacıklara, galaksilere ve galaksi kümelerine yol açacak kadar güçlü bir yerçekimi çekimi yaratabilir. 1986'ya gelindiğinde, kozmik sicimler üzerine pek çok makale yayınlandı, ancak bunlar henüz keşfedilmemişti. Süper sicimlerin bulunması, neden oldukları, yerçekimi merceği görevi gören uzayın eğriliği veya yaydıkları yerçekimi dalgaları ile mümkün kabul edilir. Süper sicimlerin evrimi bilgisayarlarda oynanır ve ekranda uzayda gözlemlenenlere karşılık gelen resimler belirir - orada neredeyse hiç galaksinin olmadığı filamentler, katmanlar ve dev boşluklar da oluşur.

Son 30 yılda kozmoloji ve temel parçacık fiziğinin bu olağanüstü yakınsaması, uzay-zaman ve maddenin doğum süreçlerinin özünü, birincil tekillikten 10 -43 ila 10 -35 s sonra kısa bir aralıkta anlamayı mümkün kıldı. , aranan Büyük patlama. Boyut sayısı 10 (süper yerçekimi) veya 506 (süper sicim teorisi) nihai değildir, daha karmaşık geometrik görüntüler görünebilir, ancak doğrudan algılama için birçok ek boyut mevcut değildir. Evrenin gerçek geometrisi muhtemelen, yalnızca Evrenin gözlemlenebilir kısmı olan Metagalaksimiz için tipik olan üç uzamsal boyuta sahip değildir.

Ve üçü hariç hepsi, Büyük Patlama sırasında (10-15 milyar yıl önce) Planck boyutuna kadar kıvrıldı. Büyük mesafelerde (Metagalaxy 10 28 cm boyutuna kadar) geometri Öklid ve üç boyutludur ve Planck mesafelerinde Öklid dışı ve çok boyutludur. Şu anda geliştirilen Her Şeyin Teorileri'nin (TVS), parçacıklar arasındaki tüm temel etkileşimlerin açıklamalarını birleştirmesi gerektiğine inanılmaktadır.

Araştırma konusunun tesadüfi, bilimlerin yerleşik metodolojisini değiştirmiştir. Astronomi, gözlemsel bir bilim olarak kabul edildi ve hızlandırıcılar, parçacık fiziğinde bir araç olarak kabul edildi. Artık parçacıkların özellikleri ve kozmolojideki etkileşimleri hakkında varsayımlarda bulunmaya başladılar ve bunları mevcut bilim adamları nesli için zaten test etmek mümkün oldu. Bu nedenle, kozmolojiden temel parçacıkların sayısının küçük olması gerektiği sonucu çıkar. Bu tahmin, Evrenin yaşı yaklaşık 1 s iken, nükleonların birincil füzyon süreçlerinin analizi ile ilgiliydi ve hızlandırıcılarda yüksek güçlerin elde edilmesinin bir artışa yol açacağının göründüğü bir zamanda yapıldı. temel parçacıkların sayısı. Çok sayıda parçacık olsaydı, Evren şimdi farklı olurdu.

Ruhların somutlaştırılması ve fillerin dağıtımı.
50 k.'den 2 s'ye kadar giriş biletleri.
I. İlf, E Petrov

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

ders-ders

Alanın özel bir madde olduğu gerçeği birçok fizik ders kitabında ve hatta ansiklopedik sözlükte bile okunabilmektedir. Ancak bu ifadenin açıklamaları her zaman bulunmaz. Bu nedenle, söylenenlerin anlamı genellikle yanlış anlaşılır. Bunu anlamaya çalışalım ve "alanı somutlaştıralım". Yukarıdaki ifadenin herhangi bir alan için geçerli olmadığını, yalnızca temel alanlar için geçerli olduğunu unutmayın. Temel alanlar nelerdir?

Temel etkileşimler ve temel alanlar. Fizik okurken, çeşitli kuvvetlerle tanıştınız - esneklik kuvveti, sürtünme kuvveti, yerçekimi kuvveti. Bu kuvvetlerin her biri, cisimler arasındaki bazı etkileşimleri karakterize eder. Bildiğiniz gibi, bilimin gelişimi, tüm makroskopik cisimlerin atomlardan ve moleküllerden (daha doğrusu çekirdek ve elektronlardan) oluştuğunu göstermiştir. Atom-moleküler modelden, makroskopik cisimler arasındaki bazı etkileşimlerin, atomlar ve moleküller arasındaki etkileşimin bir sonucu olarak veya çekirdek ve elektronlar arasındaki etkileşimin bir sonucu olarak maddenin yapısında daha da derin bir şekilde temsil edilebileceği sonucu çıkar. makroskopik cisimleri oluşturur.

Özellikle esneklik kuvveti ve sürtünme kuvveti gibi kuvvetler, elektronlar ve çekirdekler arasında hareket eden kuvvetlerin sonucudur. Ancak bu tür girişimlerde bulunulmasına rağmen, yerçekimi etkileşimlerini ve elektromanyetik etkileşimleri diğer bazı etkileşimlere indirgemek mümkün olmadı.

Diğer etkileşimlere indirgenemeyen etkileşimleri karakterize etmek için kavramı kullanmaya başladılar. temel bu da "temel" anlamına gelir.

Önceki paragrafta bahsedildiği gibi, temel yerçekimi ve elektromanyetik etkileşimler, alanla etkileşim temelinde _ düşünülebilir. Temel etkileşimlere karşılık gelen alanlar çağrılmaya başlandı. temel alanlar.

Temel etkileşimler yerçekimi ve elektromanyetik etkileşimlerdir.

Bilimin gelişimi, yerçekimi ve elektromanyetik etkileşimlerin tek temel etkileşim olmadığını göstermiştir. Şimdiye kadar dört temel etkileşim keşfedilmiştir. Mikro dünyayı incelerken diğer iki temel etkileşimi öğreniyoruz.

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

Uzun menzilli ve yakın menzilli. Parçacıklar (yüklü ve yüksüz) arasındaki etkileşimin alanlar kullanılarak tanımlanabileceğini zaten biliyoruz, ancak alan kavramını tanıtmamak da mümkündür. Parçacıklar arasındaki etkileşimin, alan kavramını tanıtmadan doğrudan açıklandığı konsepte, uzun menzilli etkileşim kavramı denir. Bu isim, parçacıkların uzak bir mesafede etkileşime girdiği anlamına gelir. Aksine, etkileşimin alan ortamı (yerçekimi ve elektromanyetik) aracılığıyla gerçekleştirildiği ikinci kavram, yakın eylem kavramı olarak adlandırılır. Kısa menzilli etki kavramının anlamı, bir parçacığın yakınında bulunan bir alanla etkileşime girmesi gerçeğinde yatmaktadır, ancak bu alanın kendisi çok uzaktaki parçacıklar tarafından oluşturulabilir (Şekil 13).

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

İlk durumda (bkz. Şekil 13, a), q yükü, r mesafesinde bulunan Q yükünden gelen F kuvvetinden etkilenir. İkinci durumda, Q yükü etrafındaki boşlukta bir E(x, y, z) alanı yaratır. Özellikle, q yükünün bulunduğu x 0, y 0, z 0 koordinatlarına sahip bir noktada, bir E alanı (x 0, y 0, z 0) oluşturulur (bkz. Şekil 13, b). Bu alan, doğrudan Q yükü değil, q yükü ile etkileşime girer (bkz. Şekil 13, c).

Tarihsel olarak, doğa hakkında bilgi, 30'larda önerilen kısa menzilli eylem kavramının ortaya çıkacağı şekilde gelişmiştir. XIX yüzyıl, İngiliz fizikçi M. Faraday tarafından sadece uygun bir tanım olarak algılandı.

Sonlu bir hızda - ışık hızında - yayılan elektromanyetik dalgaların keşfinden sonra durum temelden değişti. Elektromanyetik alandaki herhangi bir değişikliğin uzayda da ışık hızında yayıldığı, elektromanyetik dalgalar teorisinden çıktı. Şekil 13'te gösterilen örneğe atıfta bulunarak, Q yükü zamanın bir noktasında hareket etmeye başlarsa, q yükünün kendisine etki eden kuvvette aynı anda değil, bir süre sonra bir değişiklik "hissedeceğini" söyleyebiliriz. zaman r / s ( c ışık hızıdır), yani bir elektromanyetik dalganın Q yükünden q yüküne gitmesi için gereken süredir.

Elektromanyetik dalgaların yayılmasının sonluluğu, elektromanyetik etkileşimin uzun menzilli etki kavramına dayalı olarak tanımlanmasının uygunsuz hale gelmesine neden olur.

Bunu anlamak için aşağıdaki örneği inceleyin. 1054'te gökyüzünde parlak bir yıldız belirdi ve ışığı birkaç hafta boyunca gündüzleri bile gözlendi. Sonra yıldız öldü ve şu anda, yıldızın bulunduğu göksel küre bölgesinde, Yengeç Bulutsusu adı verilen hafif parlak bir oluşum kaydedildi. Uyarınca modern fikirler Yıldızların evrimi hakkında, radyasyon gücünün milyarlarca kat arttığı ve ardından yıldızın parçalandığı bir yıldız patlaması meydana geldi. Parlak bir şekilde parlayan bir yıldızın yerine, pratik olarak yayılmayan bir nötron yıldızı ve genişleyen, hafif parlak bir gaz bulutu oluştu.

Kısa menzilli eylem kavramı açısından, bir yıldızın ışığının gözlemi aşağıdakine indirgenir. Yıldızın üzerindeki yükler dalga şeklinde Dünya'ya ulaşan bir alan yarattı ve gözlemcinin gözünün retinasındaki elektronları etkiledi. Aynı zamanda, dalga yüzlerce yıldır Dünya'ya ulaştı. İnsanlar, yıldızın kendisi artık orada değilken bir yıldızın parıldamasını izledi. Bu gözlemi uzun menzilli eylem kavramı temelinde açıklamaya çalışırsak, o zaman gözün retinasındaki yüklerin yıldızın yükleriyle değil, bir zamanlar üzerinde olanlarla etkileşime girdiğini varsaymak zorundayız. artık var olmayan yıldız. Bir nötron yıldızının oluşumu sırasında, nötronlar elektronlardan ve protonlardan oluştuğu için birçok yükün ortadan kalktığını unutmayın - pratik olarak elektromanyetik etkileşime katılmayan nötr parçacıklar. Bir zamanlar olan, ancak şu anda mevcut olmayan etkileşime dayalı bir açıklamanın “pek uygun olmadığı” konusunda hemfikir olun.

Alanı malzeme olarak tanımanın bir başka nedeni de elektromanyetik dalganın uzayda enerji ve momentum aktarması gerçeğiyle ilgilidir (daha fazla ayrıntı için bkz. § 57). Alan maddi olarak kabul edilmiyorsa, o zaman enerji ve momentumun maddi bir şeyle ilişkili olmadığı ve kendilerinin uzay yoluyla aktarıldığı kabul edilmelidir.

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

Bu paragrafa "ruhların maddeleşmesi" ile başladık. Fizikçiler esprili insanlardır ve "ruhlar" kavramı modern alan teorisinde zaten kullanılmaktadır. Bu ruhların henüz gerçekleşmediği, yani deneyimde gözlemlenmediği söylenebilir. Ancak temel alanların bilimi henüz tamamlanmadı.

Temel alanların yayılmasının sonluluğu ve bunların enerji ve momentum ile bağlantıları (bu alanlar tarafından enerji ve momentum transferi), bu alanların maddenin bileşenlerinden biri olarak tanınmasına yol açar. Böylece madde, parçacıklar (madde) ve temel alanlar ile temsil edilir.

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

Bir alan değişkeni, sıradan kuantum mekaniğinde bir uzamsal koordinatın dikkate alındığı ve ilgili isme sahip bir kuantum operatörü, bir alan değişkeni ile ilişkilendirildiği gibi, biçimsel olarak kabul edilebilir.

alan paradigması Az sayıda etkileşimli (kuantize) alana indirgenmiş temel düzeyde tüm fiziksel gerçekliği temsil eden , modern fizikte sadece en önemlilerinden biri değil, belki de tartışmasız baskındır.

Alanı görselleştirmek en kolayıdır (ne zaman Konuşuyoruz, örneğin, tüm alanı dolduran bazı (varsayımsal veya basitçe hayali) sürekli ortamın bir pertürbasyonu (dengeden sapma, hareket) olarak bariz bir doğrudan mekanik yapıya sahip olmayan temel alanlar hakkında. Örneğin, hareket denklemleri, görselleştirmek istediğimiz daha soyut alanın alan denklemleriyle çakışan veya yakın olan elastik bir ortamın deformasyonu olarak. Tarihsel olarak, böyle bir ortama eter adı verildi, ancak daha sonra terim neredeyse tamamen kullanılmaz hale geldi ve ima edilen fiziksel olarak anlamlı kısmı alan kavramıyla birleşti. Bununla birlikte, fiziksel alan kavramının temel bir görsel anlayışı için genel anlamda modern fizik çerçevesinde böyle bir yaklaşımın genellikle yalnızca bir örnek olarak kabul edildiği göz önüne alındığında, böyle bir temsil yararlıdır.

Bu nedenle fiziksel alan, sonsuz sayıda serbestlik derecesine sahip dağıtılmış bir dinamik sistem olarak karakterize edilebilir.

Temel alanlar için alan değişkeninin rolü genellikle potansiyel (skaler, vektör, tensör), bazen alan gücü olarak adlandırılan bir nicelik tarafından oynanır. (Kuantize alanlar için, belirli bir anlamda, karşılık gelen operatör aynı zamanda klasik alan değişkeni kavramının bir genellemesidir).

Ayrıca alan fizikte, yere bağlı olarak kabul edilen fiziksel bir nicelik olarak adlandırılırlar: genel olarak, bazı genişletilmiş sürekli cismin tüm noktaları için bu miktarın farklı değerlerinden oluşan eksiksiz bir set olarak - sürekli bir ortam, içinde açıklayan bütünlük, bu genişletilmiş cismin durumu veya hareketi. Bu tür alanlara örnekler şunlar olabilir:

bazı ortamlarda (örneğin, bir kristal, sıvı veya gazda) sıcaklık (genel olarak, farklı noktalarda ve farklı zamanlarda farklı) - bir (skaler) sıcaklık alanı,
belirli bir sıvı hacminin tüm elemanlarının hızı, hızların vektör alanıdır,
elastik bir cismin deformasyonu sırasında yer değiştirmelerin vektör alanı ve tensör gerilme alanı.

Bu tür alanların dinamikleri de kısmi diferansiyel denklemlerle tanımlanır ve tarihsel olarak, 18. yüzyıldan beri, fizikte ilk kez düşünülen tam olarak bu tür alanlardır.

Modern fiziksel alan kavramı, ilk önce fiziksel olarak somut ve nispeten yakın bir şekilde gerçekleştirilen elektromanyetik alan fikrinden doğdu. modern biçim Faraday, Maxwell tarafından matematiksel olarak tutarlı bir şekilde uygulandı - başlangıçta varsayımsal bir sürekli ortamın mekanik bir modelini kullanarak - eter, ancak daha sonra mekanik bir model kullanımının ötesine geçti.

temel alanlar

Fizikteki alanlar arasında sözde temel olanlar ayırt edilir. Bunlar, modern fiziğin alan paradigmasına göre dünyanın fiziksel resminin temelini oluşturan alanlardır, diğer tüm alanlar ve etkileşimler onlardan türetilir. Birbirleriyle etkileşime giren iki ana alan sınıfını içerirler:

öncelikle maddenin tanımı için fiziksel temeli temsil eden temel fermiyon alanları,
Maxwell elektromanyetik ve Newton yerçekimi alanları kavramının bir uzantısı ve gelişimi olan temel bozonik alanlar (bir tensör ayar alanı olan yerçekimi dahil); teori onlara dayanmaktadır.

Temel alanların rolünün, bu teoriler, alanlar veya nesneler (ve mevcut temel alanlar) açısından daha da temel olan birkaç başka kişi tarafından işgal edildiği teoriler (örneğin, sicim teorisi, diğer çeşitli birleştirme teorileri) vardır. Bu teorilerde "fenomenolojik" bir sonuç olarak bazı yaklaşımlarda görünür veya görünmelidir). Bununla birlikte, bu tür teoriler henüz yeterince doğrulanmadı veya genel olarak kabul edilmedi.

Öykü

Tarihsel olarak, temel alanlar arasında, elektromanyetik (elektrik ve manyetik alanlar, daha sonra bir elektromanyetik alan olarak birleştirilir) ve yerçekimi etkileşiminden sorumlu alanlar (tam olarak fiziksel alanlar olarak) ilk keşfedildi. Bu alanlar zaten klasik fizikte yeterince ayrıntılı olarak keşfedildi ve incelendi. Başlangıçta, bu alanlar (Newton'un yerçekimi, elektrostatik ve manyetostatik teorisi çerçevesinde) çoğu fizikçiyi, daha derin bir fiziksel anlama girişimlerine rağmen, tam teşekküllü bir fiziksel gerçeklik olarak değil, biçimsel rahatlık için tanıtılan resmi matematiksel nesneler olarak aradılar. Bununla birlikte, oldukça belirsiz kaldı veya çok önemli meyve vermedi. Ancak Faraday ve Maxwell'den başlayarak, alana (bu durumda elektromanyetik alana) tamamen anlamlı bir fiziksel gerçeklik olarak yaklaşım, bu fikirlerin matematiksel formülasyonunda önemli bir atılım da dahil olmak üzere sistematik ve çok verimli bir şekilde uygulanmaya başlandı.

Öte yandan, kuantum mekaniği geliştikçe, maddenin (parçacıkların) teorik olarak alanların doğasında bulunan özelliklere sahip olduğu giderek daha açık hale geldi.

Mevcut durum

Böylece, dünyanın fiziksel resminin temelinde nicelenmiş alanlara ve bunların etkileşimine indirgenebileceği ortaya çıktı.

Bir dereceye kadar, esas olarak yörüngeler ve Feynman diyagramları boyunca entegrasyonun formalizmi çerçevesinde, zıt hareket de meydana geldi: alanlar, fark edilir bir ölçüde neredeyse klasik parçacıklar olarak temsil edilebilir (daha doğrusu, neredeyse sonsuz sayıdaki bir süperpozisyon olarak). klasik parçacıklar akla gelebilecek tüm yörüngeler boyunca hareket eder) ve alanların birbirleriyle etkileşimi - parçacıklar tarafından birbirlerinin doğuşu ve özümsenmesi olarak (ayrıca bunların tüm akla gelebilecek varyantlarının bir üst üste binmesiyle). Ve bu yaklaşım çok güzel, kullanışlı ve birçok açıdan iyi tanımlanmış bir yörüngeye sahip bir parçacık fikrine psikolojik olarak geri dönmeye izin verse de, yine de şeylerin alan görünümünü iptal edemez ve hatta tamamen simetrik bir alternatif bile değildir. (ve bu nedenle, tamamen bağımsız bir kavramdan çok, güzel, psikolojik ve pratik olarak uygun, ancak yine de sadece resmi bir cihaza daha yakındır). Burada iki önemli nokta var:

süperpozisyon prosedürü hiçbir şekilde gerçekten klasik parçacıklar açısından "fiziksel olarak" açıklanamaz. sadece ekledim organik öğesi olmayan neredeyse klasik bir "parçacık" resme; aynı zamanda, alan açısından bakıldığında, bu süperpozisyonun açık ve doğal bir yorumu vardır;
yol integralinin formalizminde ayrı bir yörünge boyunca hareket eden parçacığın kendisi, klasik olana çok benzemesine rağmen, hala tamamen klasik değildir: belirli bir yörünge boyunca belirli bir momentum ve koordinat ile olağan klasik harekete , biri için bile tek yörünge - saf haliyle bu yaklaşıma tamamen yabancı olan bir faz (yani, bir dalga özelliği) kavramını ve bu anı (gerçekten minimuma indirgenmiş olmasına rağmen) eklemelisiniz. ve bunu düşünmemek oldukça kolaydır) ayrıca herhangi bir organik içsel yorumu yoktur; ve alışılmış alan yaklaşımı çerçevesinde yine böyle bir yorum var ve yine organik.

Böylece, yol entegrasyon yaklaşımının psikolojik olarak çok uygun olduğu (sonuçta, diyelim ki, üç serbestlik dereceli bir nokta parçacık, onu tanımlayan sonsuz boyutlu alandan çok daha basittir) ve pratik üretkenliği kanıtlamış olduğu sonucuna varabiliriz, ancak hala sadece belirli reformülasyon, oldukça radikal olsa da, bir alan kavramı ve alternatifi değil.

Ve bu dilde kelimelerde her şey çok “parçacık” görünse de (örneğin: “yüklü parçacıkların etkileşimi, başka bir parçacığın değişimi ile açıklanır - etkileşimin taşıyıcısı” veya “iki elektronun karşılıklı itilmesi, değişimden kaynaklanır. aralarında sanal bir fotonun bulunması”), bununla birlikte, bunun arkasında, etkili bir hesaplama şeması oluşturmak adına oldukça iyi gizlenmiş olsa da, dalgaların yayılması gibi tipik alan gerçekliği vardır ve birçok açıdan nitel anlayış için ek fırsatlar sağlar.

Temel alanların listesi

Temel bozonik alanlar (alanlar - temel etkileşimlerin taşıyıcıları)

Standart model çerçevesindeki bu alanlar mastar alanlarıdır. Aşağıdaki türler bilinmektedir:

elektrozayıf
- Elektromanyetik alan (ayrıca bkz. Foton)
- Alan - zayıf etkileşimin taşıyıcısı (ayrıca bkz. W- ve Z-bozonları)
gluon alanı (ayrıca bkz. Gluon)

varsayımsal alanlar

Geniş anlamda varsayımsal, içsel çelişkiler içermeyen, gözlemlerle açıkça çelişmeyen ve aynı zamanda gözlemlenebilir sonuçlar verebilen teoriler tarafından tanımlanan herhangi bir teorik nesne (örneğin alanlar) olarak kabul edilebilir. Şimdi kabul edilenlere kıyasla bu teoriler lehine bir seçim yapın. Aşağıda (ve bu genellikle terimin olağan anlayışına tekabül eder) esas olarak, bu daha dar ve daha katı anlamda, hipotez dediğimiz varsayımın geçerliliğini ve yanlışlanabilirliğini ima eden varsayımsallık hakkında konuşacağız.

Teorik fizikte, her biri çok spesifik bir teoriye ait olan birçok farklı hipotetik alan dikkate alınır (türleri ve matematiksel özellikleri açısından, bu alanlar tamamen veya neredeyse bilinen varsayımsal olmayan alanlarla aynı olabilir ve farklı olabilir. az ya da çok güçlü; her iki durumda da, varsayımsallıkları, gerçekte henüz gözlemlenmedikleri, deneysel olarak keşfedilmedikleri anlamına gelir; bazı varsayımsal alanlarla ilgili olarak, soru, bunların ilke olarak gözlemlenip gözlemlenemeyeceği ve hatta hiç var olup olamayacakları - örneğin, içinde bulundukları teori aniden içsel olarak tutarsız olduğu ortaya çıkarsa).

Belirli bir alanı varsayımsal kategoriden gerçek kategorisine aktarmaya izin veren bir kriterin ne olduğu sorusu oldukça zayıftır, çünkü belirli bir teorinin doğrulanması ve içerdiği belirli nesnelerin gerçekliği genellikle daha fazladır. veya daha az dolaylı. Bu durumda, mesele genellikle (üyeleri aslında doğrulama derecesinin aşağı yukarı farkında olan) bilim camiasının makul bir anlaşmasına iner.

Oldukça iyi doğrulanmış kabul edilen teorilerde bile, varsayımsal alanlara yer vardır (burada teorinin farklı bölümlerinin değişen derecelerde titizlikle test edildiğinden ve bunlarda önemli rol oynayan bazı alanlardan bahsediyoruz. prensipte kendilerini deneyde henüz tam olarak ortaya koymamışlardır, yani şu an için tam olarak belirli teorik amaçlar için icat edilmiş bir hipoteze benziyorlar, aynı teoride görünen diğer alanlar ise onlardan bahsetmek için yeterince iyi araştırılmış durumda. bir gerçeklik olarak).

Böyle bir varsayımsal alana bir örnek, Standart Model'de önemli olan ve diğer alanları hiçbir şekilde varsayımsal olmayan Higgs alanıdır ve modelin kendisinin, kaçınılmaz uyarılarla da olsa, gerçekliği tanımladığı (en azından gerçeğin bilindiği ölçüde).

(Şimdiye kadar) hiç gözlemlenmemiş alanları içeren birçok teori vardır ve bazen bu teorilerin kendileri öyle tahminler verir ki, varsayımsal alanları görünüşte (teoriden kaynaklanan tezahürlerinin zayıflığından dolayı) ve prensipte olamazlar. öngörülebilir gelecekte keşfedildi (örneğin, bir burulma alanı). Bu tür teoriler (eğer pratik olarak doğrulanamayanlara ek olarak yeterli sayıda daha kolay doğrulanabilir sonuç içermiyorlarsa), bazı önemsiz olmayan durumlar hariç, pratik ilgi olarak kabul edilmezler. yeni yol bariz sınırlamaları aşmak için onları kontrol etmek. Bazen (örneğin, birçok alternatif yerçekimi teorisinde - örneğin, Dicke alanı) olduğu gibi, gücü hakkında teorinin kendisinin hiçbir şey söyleyemediği (örneğin, bu alanın eşleşme sabiti) bu tür varsayımsal alanlar tanıtılır. diğerleri ile bilinmiyor ve , kadar büyük ve keyfi olarak küçük olabilir); genellikle bu tür teorileri test etmek için de acele etmezler (çünkü bu tür birçok teori vardır ve her biri yararlılığını hiçbir şekilde kanıtlamamıştır ve hatta resmi olarak yanlışlanamaz), bunlardan birinin görünmeye başlamadığı durumlar dışında. herhangi bir nedenle umut verici bazı mevcut zorlukların çözümü (ancak, teorileri yanlışlanamazlık temelinde taramak - özellikle belirsiz sabitler nedeniyle - burada bazen reddedilir, çünkü ciddi bir iyi teori bazen etkisinin olması umuduyla test edilebilir. Bunun hiçbir garantisi olmamasına rağmen, bulunacaktır; bu, özellikle aday teorilerin çok az olduğu veya bazılarının özellikle temelde ilginç göründüğü durumlarda geçerlidir; ayrıca, geniş bir sınıfın teorilerini test etmenin mümkün olduğu durumlarda. bilinen parametrelere göre, her birini ayrı ayrı test etmek için özel çaba harcamadan).

Ayrıca, yalnızca gözlemlenebilir hiçbir tezahürü olmayan (veya Higgs alanında olduğu gibi yetersiz olan) alanlara varsayımsal demenin geleneksel olduğu belirtilmelidir. Fiziksel bir alanın varlığı, gözlemlenebilir tezahürleriyle kesin olarak belirlenirse ve yalnızca teorik açıklamasını geliştirmekten bahsediyoruz (örneğin, Newton'un yerini almak. yerçekimi alanı GR'deki metrik tensör alanında), o zaman genellikle birinden veya diğerinden varsayımsal olarak bahsetmek kabul edilmez (GR'deki erken durum için, yerçekimi alanının tensör doğasının varsayımsal karakterinden söz edilebilirse de) .

Sonuç olarak, türleri oldukça olağandışı olan, yani teorik olarak oldukça akla yatkın olan ancak pratikte (ve bazı durumlarda, bu tür alanların gelişiminin ilk aşamalarında) bu tür alanlardan hiç söz edilmemiş olan bu tür alanlardan bahsediyoruz. teorileri, tutarlılığı hakkında şüpheler ortaya çıkabilir). Bunlar her şeyden önce takyon alanlarını içermelidir. Aslında, takyon alanları daha ziyade yalnızca potansiyel olarak varsayımsal olarak adlandırılabilir (yani, duruma ulaşmama durumu). eğitimli tahmin), çünkü az çok önemli bir rol oynadıkları bilinen somut teoriler, örneğin sicim teorisi, kendileri yeterince doğrulanmış duruma ulaşmamışlardır.

Modern fizikte daha da egzotik (örneğin, Lorentz-değişmez - görelilik ilkesini ihlal eden) alanlar (soyut-teorik olarak oldukça anlaşılabilir olmalarına rağmen), mantıklı bir varsayım çerçevesinin oldukça ötesinde durmaya atfedilebilir. , yani, kesinlikle konuşursak, onlar olarak bile kabul edilmezler.

). [ ]

En kolay yol, alanı (örneğin, bariz bir doğrudan mekanik doğası olmayan temel alanlar söz konusu olduğunda), belirli bir sürekli ortamın (varsayımsal veya basitçe hayali) bir tedirginliği (dengeden sapma, hareket) olarak görselleştirmektir. tüm alanı doldurur. Örneğin, hareket denklemleri, görselleştirmek istediğimiz daha soyut alanın alan denklemleriyle çakışan veya yakın olan elastik bir ortamın deformasyonu olarak. Tarihsel olarak, böyle bir ortama eter adı verildi, ancak daha sonra terim neredeyse tamamen kullanılmaz hale geldi ve ima edilen fiziksel olarak anlamlı kısmı alan kavramıyla birleşti. Bununla birlikte, genel olarak fiziksel alan kavramının temel bir görsel anlayışı için, modern fizik çerçevesinde, böyle bir yaklaşımın genellikle yalnızca bir örnek olarak kabul edildiği göz önüne alındığında, böyle bir temsil yararlıdır.

Bu nedenle fiziksel alan, sonsuz sayıda serbestlik derecesine sahip dağıtılmış bir dinamik sistem olarak karakterize edilebilir.

bazı ortamlarda (örneğin, bir kristal, sıvı veya gazda) sıcaklık (genel olarak, farklı noktalarda ve farklı zamanlarda farklı) - bir (skaler) sıcaklık alanı,
belirli bir sıvı hacminin tüm elemanlarının hızı, hızların vektör alanıdır,
elastik bir cismin deformasyonu sırasında yer değiştirmelerin vektör alanı ve tensör gerilme alanı.

Bu tür alanların dinamikleri de kısmi diferansiyel denklemlerle tanımlanır ve tarihsel olarak, 18. yüzyıldan beri, fizikte ilk kez düşünülen tam olarak bu tür alanlardır.

Modern fiziksel alan kavramı, ilk olarak Faraday tarafından fiziksel olarak somut ve nispeten modern bir biçimde gerçekleştirilen, Maxwell tarafından matematiksel olarak tutarlı bir şekilde uygulanan - başlangıçta varsayımsal bir sürekli ortamın mekanik bir modelini kullanan bir elektromanyetik alan fikrinden doğdu. - eter, ancak daha sonra mekanik bir modelin kullanımının ötesine geçti.

temel alanlar

öncelikle maddenin tanımı için fiziksel temeli temsil eden temel fermiyon alanları,
Maxwell elektromanyetik ve Newton yerçekimi alanları kavramının bir uzantısı ve gelişimi olan temel bozonik alanlar (bir tensör ayar alanı olan yerçekimi dahil); teori onlara dayanmaktadır.

Öykü

Öte yandan, kuantum mekaniği geliştikçe, maddenin (parçacıkların) teorik olarak alanların doğasında bulunan özelliklere sahip olduğu giderek daha açık hale geldi.

Mevcut durum

Böylece, dünyanın fiziksel resminin temelinde nicelenmiş alanlara ve bunların etkileşimine indirgenebileceği ortaya çıktı.

süperpozisyon prosedürü hiçbir şekilde gerçekten klasik parçacıklar açısından "fiziksel olarak" açıklanamaz. sadece ekledim organik öğesi olmayan neredeyse klasik bir "parçacık" resme; aynı zamanda, alan açısından bakıldığında, bu süperpozisyonun açık ve doğal bir yorumu vardır;
yol integralinin formalizminde ayrı bir yörünge boyunca hareket eden parçacığın kendisi, klasik olana çok benzemesine rağmen, hala tamamen klasik değildir: belirli bir yörünge boyunca belirli bir momentum ve koordinat ile olağan klasik harekete , biri için bile tek yörünge - saf haliyle bu yaklaşıma tamamen yabancı olan bir faz (yani, bir dalga özelliği) kavramını ve bu anı (gerçekten minimuma indirgenmiş olmasına rağmen) eklemelisiniz. ve bunu düşünmemek oldukça kolaydır) ayrıca herhangi bir organik içsel yorumu yoktur; ve alışılmış alan yaklaşımı çerçevesinde yine böyle bir yorum var ve yine organik.

Temel alanların listesi

Temel bozonik alanlar (alanlar - temel etkileşimlerin taşıyıcıları)

Standart model çerçevesindeki bu alanlar mastar alanlarıdır. Aşağıdaki türler bilinmektedir:

elektrozayıf
- Elektromanyetik alan (ayrıca bkz. Foton)
- Alan - zayıf etkileşimin taşıyıcısı (ayrıca bkz. W- ve Z-bozonları)
gluon alanı (ayrıca bkz. Gluon)

varsayımsal alanlar

(Şimdiye kadar) hiç gözlemlenmemiş alanları içeren birçok teori vardır ve bazen bu teorilerin kendileri öyle tahminler verir ki, varsayımsal alanları görünüşte (teoriden kaynaklanan tezahürlerinin zayıflığından dolayı) ve prensipte olamazlar. öngörülebilir gelecekte keşfedildi (örneğin, bir burulma alanı). Bu tür teoriler (eğer pratik olarak doğrulanamayanlara ek olarak, daha kolay doğrulanabilir yeterli sayıda sonuç içermiyorlarsa), onları test etmenin önemsiz olmayan yeni bir yolu ortaya çıkmadıkça, açık bir şekilde atlamaya izin veren pratik ilgi olarak kabul edilmezler. sınırlamalar. Bazen (örneğin, birçok alternatif yerçekimi teorisinde - örneğin, Dicke alanı) olduğu gibi, gücü hakkında teorinin kendisinin hiçbir şey söyleyemediği (örneğin, bu alanın eşleşme sabiti) bu tür varsayımsal alanlar tanıtılır. diğerleri ile bilinmiyor ve , kadar büyük ve keyfi olarak küçük olabilir); genellikle bu tür teorileri test etmek için de acele etmezler (çünkü bu tür birçok teori vardır ve her biri yararlılığını hiçbir şekilde kanıtlamamıştır ve hatta resmi olarak yanlışlanamaz), bunlardan birinin görünmeye başlamadığı durumlar dışında. herhangi bir nedenle umut verici bazı mevcut zorlukların çözümü (ancak, teorileri yanlışlanamazlık temelinde taramak - özellikle belirsiz sabitler nedeniyle - burada bazen reddedilir, çünkü ciddi bir iyi teori bazen etkisinin olması umuduyla test edilebilir. Bunun hiçbir garantisi olmamasına rağmen, bulunacaktır; bu, özellikle aday teorilerin çok az olduğu veya bazılarının özellikle temelde ilginç göründüğü durumlarda geçerlidir; ayrıca, geniş bir sınıfın teorilerini test etmenin mümkün olduğu durumlarda. bilinen parametrelere göre, her birini ayrı ayrı test etmek için özel çaba harcamadan).

Ayrıca, yalnızca gözlemlenebilir tezahürleri olmayan (veya Higgs alanında olduğu gibi yetersiz olan) alanları varsayımsal olarak adlandırmanın geleneksel olduğu belirtilmelidir. Fiziksel bir alanın varlığı, gözlemlenebilir tezahürleriyle kesin olarak belirlenirse ve yalnızca teorik tanımını geliştirmekten bahsediyorsak (örneğin, Newton'un yerçekimi alanını genel görelilikteki metrik tensör alanıyla değiştirmekten bahsediyoruz), o zaman bu, genellikle birinden ya da diğerinden varsayımsal olarak söz etmek kabul edilmez (her ne kadar genel görelilikteki erken durum için yerçekimi alanının tensör doğasının varsayımsal doğasından söz edilebilirse de).

Sonuç olarak, türleri oldukça olağandışı olan, yani teorik olarak oldukça akla yatkın olan ancak pratikte (ve bazı durumlarda, bu tür alanların gelişiminin ilk aşamalarında) bu tür alanlardan hiç söz edilmemiş olan bu tür alanlardan bahsediyoruz. teorileri, tutarlılığı hakkında şüpheler ortaya çıkabilir). Bunlar her şeyden önce takyon alanlarını içermelidir. Aslında, takyon alanları daha ziyade yalnızca potansiyel olarak varsayımsal olarak adlandırılabilir (yani, duruma ulaşmama durumu). eğitimli tahmin), çünkü az çok önemli bir rol oynadıkları bilinen belirli teoriler vardır, örneğin, ve spinor alanlar.

Temel bir alan ise, tüm uzayda bir alan tanımlanır. Bir sıvı akışının hız alanı veya bir kristalin deformasyon alanı gibi alanlar, karşılık gelen bir ortamla dolu bir uzay bölgesi üzerinde tanımlanır.

Modern bir sunumda, bu genellikle (in) uzay-zaman üzerinde bir alan gibi görünür, bu nedenle alan değişkeninin zamana bağımlılığı, uzaysal koordinatlara bağımlılık ile neredeyse eşit olarak kabul edilir.

Standart versiyonundan aşağı yukarı uzak olan, ancak henüz ona karşı kesin bir avantaj elde edemeyen veya hatta onunla eşit olmayan (kural olarak, oldukça marjinal fenomenlerin ötesine geçmeden) alternatif kavramların veya yeniden yorumların varlığına rağmen. teorik fiziğin en ileri teknolojisi), ne de bir kural olarak, ondan çok uzaklaşmak, onu bir bütün olarak (şimdiye kadar) merkezi bir yerde bırakmak.

Aşağıda bir şekilde belirtilen süreklilik fiziğinden gelen, kendi içinde oldukça görsel bir yapıya sahip olan ve makalede daha ayrıntılı olarak bahsedilen fiziksel alanlar sınıfının aksine.

Eter kavramının psikolojik olarak deneysel olarak doğrulanabilir sonuçlar verebilecek oldukça spesifik bir uygulamayı ima etmesi başta olmak üzere çeşitli tarihsel nedenlerden dolayı, ancak gerçekte, bu modellerin bazılarının fiziksel olarak gözlemlenebilir önemsiz olmayan sonuçları bulunamadı. diğerlerinin sonuçları doğrudan deneyle çelişiyordu, bu nedenle fiziksel olarak gerçek bir eter kavramı yavaş yavaş gereksiz olarak kabul edildi ve bununla birlikte terimin kendisi fizikte kullanımdan kalktı. Aşağıdaki neden bunda önemli bir rol oynadı: eter kavramının elektromanyetik alan “madde” tanımına uygulanabilirliği konusundaki tartışmanın zirvesinde, “parçacıklar” temelde farklı bir yapıya sahip nesneler olarak kabul edildi, bu nedenle onların hareketi eterle dolu uzay, büyük zorluklarla düşünülemez veya düşünülebilir görünüyordu; daha sonra, madde ve parçacıkların alan nesneleri olarak da tanımlanmaya başlanması nedeniyle bu neden esasen ortadan kalktı, ancak bu zamana kadar kelime eter teorik fiziğin gerçek bir kavramı olarak neredeyse unutulmuştu.

Modern teorisyenlerin bazı eserlerinde bazen eter kavramının kullanımı daha derin olsa da - bkz. Polyakov A.M. "Ölçme alanları ve diziler".

Durum ve hareket, vücudun temel hacimlerinin makroskopik konumu ve mekanik hareketi anlamına gelebilir ve ayrıca uzaysal koordinatlara ve elektrik akımı, sıcaklık, belirli bir maddenin konsantrasyonu gibi bir nitelikteki miktarlarda zaman içindeki değişikliklere bir bağımlılık olabilir. madde vb.

Madde, elbette, daha önce de biliniyordu, ancak uzun zamandır alan kavramının maddenin (ağırlıklı olarak "parçacık" olarak tanımlanan) tanımıyla ilgili olabileceği hiç de açık değildi. Böylece, fiziksel alan kavramı ve buna karşılık gelen matematiksel aygıt, tarihsel olarak ilk olarak elektromanyetik alan ve yerçekimi ile ilgili olarak geliştirildi.

En belirsiz düşüncelerin bile ciddi keşiflere yol açması dışında, çünkü bunlar bir teşvik görevi gördüler. deneysel araştırma Oersted'in bir elektrik akımıyla manyetik alan oluşumunu keşfettiği zaman olduğu gibi, temel keşiflere yol açtı.

Peter Galison. Einstein'ın saatleri, Poincaré'nin haritaları: zaman imparatorlukları. - 2004. - S. 389. - ISBN 9780393326048.
Bakınız Poincaré "Electron Dynamics", bölüm VIII (A. Poincaré. Selected Works, cilt 3. M., Nauka, 1974), M. Planck raporu (M. Planck. Selected Works. M., Nauka, 1975) .) ve Einstein ve Laube tarafından yazılan makale “Poderomotor kuvvetler üzerine”, § 3 “Etki ve tepkinin eşitliği” (A. Einstein. Bilimsel makaleler koleksiyonu, cilt 1. M., Nauka, 1965.) (tümü 1908 için).

Alan denklemlerinin bazı özellikleri yeterince açıklığa kavuşturulmuştur. Genel İlkeler Lorentz değişmezliği ve nedensellik ilkesi gibi. Dolayısıyla nedensellik ilkesi ve etkileşimlerin yayılma hızının sonluluğu ilkesi, temel alanları tanımlayan diferansiyel denklemlerin hiperbolik türe ait olmasını gerektirir.

Bu ifadeler takyon tipinin temel alanları için geçerlidir. Takyon alanlarının özelliklerine sahip makroskopik sistemler nadir değildir; aynısı, umn kristallerindeki belirli uyarı türleri için de varsayılabilir (her iki durumda da ışık hızının yeri başka bir miktar tarafından işgal edilir).

Bu, şu anda var olan durumun bir açıklamasıdır. Elbette, gelecekte bu tür egzotik alanları içeren yeterince motive edilmiş teorilerin ortaya çıkmasının temel imkansızlığını ima etmezler (ancak, böyle bir olasılık pek olası görülmemelidir).

M. Faraday, bilime yalnızca kendi kendine eğitim konusundaki yeteneği ve çalışkanlığı sayesinde girdi. Fakir bir aileden geldiği için bir cilt atölyesinde çalıştı ve burada bilim adamlarının ve filozofların eserleriyle tanıştı. M. Faraday'ın bilim camiasına girmesine katkıda bulunan ünlü İngiliz fizikçi G. Davy (1778-1829), bir keresinde bilimdeki en büyük başarısının M. Faraday'ın kendisi tarafından “keşfi” olduğunu söyledi. M. Faraday bir elektrik motoru ve bir elektrik jeneratörü, yani elektrik üretimi için makineler icat etti. Elektriğin tek bir fiziksel doğası olduğu fikrine sahiptir, yani nasıl elde edildiğine bakılmaksızın: bir mıknatısın hareketi veya bir iletkendeki elektrik yüklü parçacıkların geçişi ile. Uzaktan elektrik yükleri arasındaki etkileşimi açıklamak için M. Faraday fiziksel alan kavramını tanıttı. fiziksel alan elektrik yüklü bir cismin etrafındaki uzayın bir özelliği olarak, bu alana yerleştirilmiş başka bir yüklü cisim üzerinde fiziksel bir etki yaratmayı hayal etti. Metal parçacıkların yardımıyla, bir mıknatısın (manyetik kuvvetler) ve elektrik yüklü bir cismin (elektrik) etrafında uzayda hareket eden kuvvetlerin yerini ve varlığını gösterdi. M. Faraday, yalnızca 1938'de Londra Kraliyet Cemiyeti üyelerinin huzurunda açılan bir vasiyet mektubunda fiziksel alan hakkındaki fikirlerini özetledi. Bu mektupta, M. Faraday'ın alanın özelliklerini incelemek için bir yönteme sahip olduğu ve teorisinde elektromanyetik dalgaların sonlu bir hızda yayıldığı keşfedildi. Fiziki alanla ilgili fikirlerini bir vasiyet mektubu şeklinde ortaya koymasının sebepleri şunlar olabilir. Fransız fizik okulunun temsilcileri, ondan elektrik ve manyetik kuvvetler arasındaki bağlantının teorik bir kanıtını istedi. Ek olarak, M. Faraday'a göre fiziksel alan kavramı, elektrik ve manyetik kuvvetlerin yayılmasının alanın bir noktasından diğerine sürekli olarak gerçekleştirildiği ve dolayısıyla bu kuvvetlerin kısa menzilli karaktere sahip olduğu anlamına geliyordu. kuvvetler ve S. Coulomb'un inandığı gibi uzun menzilli olanlar değil. M. Faraday'ın başka bir verimli fikri var. Elektrolitlerin özelliklerini incelerken, elektriği oluşturan parçacıkların elektrik yükünün kesirli olmadığını keşfetti. Bu fikir onaylandı

19. yüzyılın sonunda zaten elektronun yükünün belirlenmesi.

Elektromanyetik kuvvetler teorisi D. Maxwell

I. Newton gibi, D. Maxwell de elektrik ve manyetik kuvvetler çalışmasının tüm sonuçlarını teorik bir form verdi. XIX yüzyılın 70'lerinde oldu. Teorisini, içeriği aşağıdaki gibi gösterilebilen elektrik ve manyetik kuvvetlerin etkileşimi arasındaki bağlantı yasalarına dayanarak formüle etti:

1. Herhangi bir elektrik akımı, kendisini çevreleyen alanda bir manyetik alan indükler veya oluşturur. Sabit bir elektrik akımı sabit bir manyetik alan oluşturur. Ancak sabit bir manyetik alan (sabit mıknatıs) hiçbir şekilde bir elektrik alanı oluşturamaz (ne sabit ne de değişken).

2. Ortaya çıkan alternatif manyetik alan, alternatif bir elektrik alanı oluşturur ve bu da alternatif bir manyetik alan oluşturur,

3. kuvvet hatları elektrik alanları elektrik yüklerinde kapalıdır.

4. Manyetik alanın kuvvet çizgileri kendi üzerine kapalıdır ve hiç bitmez yani doğada manyetik yükler yoktur.

D. Maxwell denklemlerinde, elektromanyetik dalgaların fiziksel bir alanda yayılma hızının sonlu olduğunu ve ışığın boşlukta yayılma hızıyla çakıştığını belirten sabit bir C değeri vardı, 300 bin km / s'ye eşit .

Elektromanyetizmanın temel kavramları ve ilkeleri.

D. Maxwell'in teorisi bazı bilim adamları tarafından büyük şüpheyle algılandı. Örneğin, G. Helmholtz (1821-1894), elektriğin sonsuz hızda yayılan "ağırlıksız bir sıvı" olduğu görüşüne bağlı kaldı. İsteği üzerine G. Hertz (1857-

1894) elektriğin akışkan doğasını kanıtlayan bir deney yaptı.

Bu zamana kadar, O. Fresnel (1788-1827), ışığın boyuna değil, enine dalgalar olarak yayıldığını gösterdi. 1887'de G. Hertz bir deney yapmayı başardı. 300.000 km/s hızla enine dalgalar halinde yayılan elektrik yükleri arasındaki boşlukta ışık. Bu, deneyinin ışığın, termal radyasyonun ve dalga elektromanyetik hareketinin kimliği hakkındaki şüpheleri ortadan kaldırdığını söylemesine izin verdi.

Bu deney, yandaşlarından biri G. Helmholtz olan dünyanın elektromanyetik fiziksel bir resmini yaratmanın temeli oldu. Doğaya egemen olan tüm fiziksel güçlerin çekim ve itme temelinde açıklanması gerektiğine inanıyordu. Ancak, dünyanın elektromanyetik bir resminin oluşturulması zorluklarla karşı karşıya kaldı.

1. Galileo - Newton mekaniğinin ana kavramı madde kavramıydı,

kütleye sahip, ancak maddenin bir yükü olabileceği ortaya çıktı.

şarj fiziksel özellik maddeler kendi çevrelerinde diğer yüklü cisimler, maddeler (çekim, itme) üzerinde fiziksel etkisi olan bir fiziksel alan yaratırlar.

2. Bir maddenin yükü ve kütlesi farklı değerlere sahip olabilir, yani bunlar ayrı niceliklerdir. Aynı zamanda, fiziksel alan kavramı, fiziksel etkileşimin sürekli olarak bir noktasından diğerine aktarılmasını ifade eder. Bu, fiziksel alanda elektromanyetik dalgalarla dolu olmayan boş alan olmadığı için elektrik ve manyetik kuvvetlerin kısa menzilli kuvvetler olduğu anlamına gelir.

3. Galileo - Newton mekaniğinde sonsuz yüksek hız mümkündür

fiziksel etkileşim, burada ayrıca elektromanyetik

Dalgalar yüksek fakat sınırlı bir hızda yayılır.

4. Yerçekimi kuvveti ve elektromanyetik etkileşim kuvveti neden birbirinden bağımsız hareket eder? Dünya'dan uzaklaştıkça yerçekimi azalır, zayıflar ve elektromanyetik sinyaller uzay aracında Dünya'dakiyle tamamen aynı şekilde hareket eder. 19. yüzyılda bir uzay gemisi olmadan da aynı derecede inandırıcı bir örnek verilebilir.

5. 1902'de Açılış P. Lebedev (1866-1912) - Moskova Üniversitesi'nde profesör - ışığın fiziksel doğası sorusunu şiddetlendirdi: bu bir parçacık akışı mı yoksa sadece belirli bir uzunluktaki elektromanyetik dalgalar mı? Fiziksel bir fenomen olarak basınç, madde kavramıyla, ayrıklıkla - daha doğrusu - ilişkilidir. Böylece, ışığın basıncı, ışığın bir parçacık akışı olarak ayrık doğasına tanıklık etti.

6. Yerçekimi ve elektromanyetik kuvvetlerdeki azalmanın benzerliği - yasaya göre

"mesafenin karesiyle ters orantılı" - meşru bir soruyu gündeme getirdi: neden mesafenin karesi ve örneğin bir küp değil? Bazı bilim adamları, elektromanyetik alandan gezegenler ve yıldızlar arasındaki boşluğu dolduran "eter"in hallerinden biri olarak bahsetmeye başladılar.

Bütün bu zorluklar atomun o zamanki yapısı hakkında bilgi eksikliğinden kaynaklanıyordu, ancak M. Faraday atomun nasıl düzenlendiğini bilmeden fiziksel doğasının ifade edildiği fenomenleri inceleyebileceğimizi söylerken haklıydı. . Gerçekten de elektromanyetik dalgalar, kimyasal elementlerin atomlarının ve maddenin moleküllerinin içinde meydana gelen süreçler hakkında önemli bilgiler taşır. Evrenin uzak geçmişi ve bugünü hakkında bilgi sağlarlar: kozmik cisimlerin sıcaklığı, onların kimyasal bileşim, onlara uzaklık vb.

7. Şu anda aşağıdaki elektromanyetik dalga ölçeği kullanılmaktadır:

104 ila 10 -3 m dalga boyuna sahip radyo dalgaları;

kızılötesi dalgalar - 10-3 ila 810-7 m;

görünür ışık - 8 10-7 ila 4 10-7 m;

ultraviyole dalgaları - 4 10-7 ila 10-8 m;

x-ışını dalgaları (ışınlar) - 10-8 ila 10-11 m;

gama radyasyonu - 10-11 ila 10-13 m.

8. Elektrik ve manyetik kuvvetlerin incelenmesinin pratik yönlerine gelince, 19. yüzyılda gerçekleştirildi. hızlı bir şekilde: şehirler arasındaki ilk telgraf hattı (1844), ilk transatlantik kablonun döşenmesi (1866), telefon (1876), akkor lamba (1879), radyo alıcısı (1895).

Elektromanyetik enerjinin minimum kısmı foton. Bu, bölünemez en küçük elektromanyetik radyasyon miktarıdır.

duygu erken XXI v. Troitsk şehrinden (Moskova bölgesi) Rus bilim adamları tarafından bir mıknatısın özelliklerine sahip karbon atomlarından bir polimerin yaratılmasıdır. Genel olarak, bir maddedeki metallerin varlığının manyetik özelliklerden sorumlu olduğuna inanılıyordu. Bu polimerin metaliklik açısından test edilmesi, metallerin varlığını içermediğini gösterdi.