Меню Рубрики

Что такое поле с точки зрения физики

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

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

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

История полевой физики [ править ]

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

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

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

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

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

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

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

Основные физические поля [ править ]

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

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

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

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

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

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

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

Гравитационное поле [ править ]

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

Глюонное поле [ править ]

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

Фермионное поле [ править ]

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

Электромагнитное поле [ править ]

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

Часть созидающего физических полей [ править ]

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

Заряженные частицы [ править ]

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

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

Монополь [ править ]

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

См. дополнительно [ править ]

Созидающий физических полей [ править ]

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

Электромагнитный диполь [ править ]

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

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

А, магнитный момент диполя pm выражается формулой:

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

Гравитационный диполь [ править ]

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

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

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

Глюонный диполь [ править ]

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

Фермионный диполь [ править ]

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

Определяющие физических полей [ править ]

Есть определяющие физических полей:

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

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

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

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

Читайте также:  С точки зрения философии наука это результат

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

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

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

Частота поля [ править ]

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

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

Функция поля [ править ]

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

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

Вектор поля [ править ]

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

Где, скорость распространения поля равна скорости света:

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

Тензор поля [ править ]

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

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

Квантовая механика физических полей [ править ]

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

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

Как СОЗНАНИЕ управляет материей

Квантовая физика радикально изменила наши представления о мире. Согласно квантовой физике мы можем влиять своим сознанием на процесс омоложения!

Почему это возможно? С точки зрения квантовой физики, наша действительность – источник чистых потенциальных возможностей, источник сырья, из которого состоит наше тело, наш разум и вся Вселенная.Универсальное энергетическое и информационное поле никогда не перестает изменяться и преобразовываться, каждую секунду превращаясь во что-то новое.

В 20 веке, во время физических экспериментов с субатомарными частицами и фотонами, было обнаружено, что факт наблюдения за течением эксперимента изменяет его результаты. То, на что мы фокусируем наше внимание — может реагировать.

Этот факт подтверждает классический эксперимент, который каждый раз удивляет ученых. Он повторялся во многих лабораториях и всегда получались одни и те же результаты.

Для этого опыта приготовили источник света и экран с двумя щелями. В качестве источника света использовалось устройство, которое «выстреливало» фотонами в виде однократных импульсов.

За ходом эксперимента велось наблюдение. После окончания опыта, на фотобумаге, которая находилась за щелями были видны две вертикальные полоски. Это следы фотонов, которые проходили сквозь щели и засвечивали фотобумагу.

Когда этот эксперимент повторяли в автоматическом режиме, без участия человека, то картина на фотобумаге изменялась:

Если исследователь включал прибор и уходил, и через 20 минут фотобумага проявлялась, то на ней обнаруживалось не две, а множество вертикальных полосок. Это были следы излучения. Но рисунок был другим.

Структура следа на фотобумаге напоминала след от волны, которая проходила сквозь щели.Свет может проявлять свойства волны или частицы.

В результате простого факта наблюдения волна исчезает и превращается в частицы. Если не вести наблюдение, то на фотобумаге проявляется след волны. Этот физический феномен получил название «Эффект Наблюдателя».

Эти же результаты были получены и с другими частицами. Эксперименты повторялись многократно, но каждый раз они удивляли ученых. Так было обнаружено, чтона квантовом уровне материя реагирует на внимание человека. Это было новым в физике.

По представлениям современной физики все материализуется из пустоты. Эта пустота получила названия «квантовое поле», «нулевое поле» или «матрица». Пустота содержит энергию, которая может превращаться в материю.

Материя состоит из сконцентрированной энергии — это фундаментальное открытие физики 20 века.

В атоме нет твердых частей. Предметы состоят из атомов. Но почему предметы твердые? Палец приложенный к кирпичной стене не проходит сквозь нее. Почему? Это связано с различиями частотных характеристик атомов и электрическими зарядами. У каждого типа атомов своя частота вибраций. Этим определяются различия физических свойств предметов. Если бы было можно менять частоту вибраций атомов, из которых состоит тело, то человек смог бы пройти сквозь стены. Но вибрационные частоты атомов руки и атомов стены близки. Поэтому палец упирается в стену.

Для любых видов взаимодействий необходим частотный резонанс.

Это легко понять на простом примере. Если осветить каменную стену светом карманного фонаря, то свет будет задержан стеной. Однако излучение мобильного телефона легко пройдет сквозь эту стену. Все дело в различиях частот между излучением фонаря и мобильного телефона. Пока вы читаете этот текст, сквозь ваше тело проходят потоки самого различного излучения. Это космическое излучение, радиосигналы, сигналы миллионов мобильных телефонов, излучение, идущее из земли, солнечная радиация, излучение, которое создают бытовые приборы и т.п.

Вы это не ощущаете, поскольку можете видеть только свет, а слышать только звук. Даже если вы сидите в тишине с закрытыми глазами, сквозь вашу голову проходят миллионы телефонных разговоров, картины телевизионных новостей и сообщений по радио. Вы это не воспринимаете, поскольку нет резонанса частот между атомами из которых состоит ваше тело и излучением. Но если резонанс есть, — то вы немедленно реагируете. Например, когда вы вспоминаете о близком человеке, который только что подумал о вас. Все во вселенной подчиняется законам резонанса.

Мир состоит из энергии и информации. Эйнштейн, после долгих размышлений об устройства мира сказал: »Единственная существующая во вселенной реальность — это поле». Подобно тому, как волны являются творением моря, все проявления материи: организмы, планеты, звезды, галактики — это творения поля.

Возникает вопрос, как из поля создается материя? Какая сила управляет движением материи?

Исследования ученых привели их к неожиданному ответу. Создатель квантовой физики Макс Планк во время своей речи при получении Нобелевской премии произнес следующее:

«Все во Вселенной создается и существует благодаря силе. Мы должны предполагать, что за этой силой стоит сознательный разум, который является матрицей всякой материи«.

МАТЕРИЯ УПРАВЛЯЕТСЯ СОЗНАНИЕМ

На рубеже 20 и 21 века в теоретической физике появились новые идеи, которые позволяют объяснить странные свойства элементарных частиц. Частицы могут возникать из пустоты и внезапно исчезать. Ученые допускают возможность существования параллельных вселенных. Возможно частицы переходят из одного слоя вселенной в другой. В развитии этих идей участвуют такие знаменитости, как Stephen Hawking, Edward Witten, Juan Maldacena, Leonard Susskind.

Согласно представлениям теоретической физики — Вселенная напоминает матрешку, которая состоит из множества матрешек — слоев. Это варианты вселенных — параллельные миры. Те, что расположены рядом — очень похожи. Но чем дальше слои друг от друга слои — тем меньше между ними сходства. Теоретически, для того, что бы переходить из одной вселенной в другую, не требуются космические корабли. Все возможные варианты расположены один в другом. Впервые эти идеи были высказаны учеными в середине 20 века. На рубеже 20 и 21 века они получили математическое подтверждение. Сегодня подобная информация легко принимаются публикой. Однако пару сотен лет назад, за такие высказывания могли сжечь на костре или объявить сумасшедшим.

Все возникает из пустоты. Все находится в движении. Предметы — иллюзия. Материя состоит из энергии. Все создается мыслью. Эти открытия квантовой физики не содержат ничего нового. Все это было известно древним мудрецам. Во многих мистических учениях, которые считались секретными и были доступны только посвященным, говорилось, что нет никакого различия между мыслями и предметами. Все в мире наполнено энергией. Вселенная реагирует на мысль. Энергия следует за вниманием.

То, на чем ты фокусируешь свое внимание, начинает изменяться. Эти мысли в различных формулировках даются в Библии, древних гностических текстах, в мистических учениях, которые возникли в Индии и Южной Америке. Об этом догадывались строители древних пирамид. Эти знания являются ключом к новым технологиям, которые сегодня используются для управления реальностью.

Наше тело – это поле энергии, информации и разума, находящееся в состоянии постоянного динамического обмена с окружающей средой. Импульсы разума постоянно, каждую секунду придают телу новые формы для приспособления к меняющимся требованиям жизни.

Физика полей

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

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

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

Силы и их поля в классической физике

Сила и поле — весьма ёмкие и потому универсальные понятия, применяемое в самом широком круге вопросов, в которых обсуждается степень интенсивности того или иного свойства или явления, а также их причины. Об этом говорит существование такого понятия как силы природы.

В любой отрасли естествознания, когда возникает необходимость количественного описания рассматриваемых в ней процессов (а известно, что «в любой науке столько науки, сколько содержится в ней математики»), используется понятие о силе либо напрямую, либо с использованием производных (например через понятие о работе и энергии) от неё величин (сила ветра, температура, энергия химической связи, калорийность топлива, давление, осмос, и т. п.) [1]

Универсальность понятия «сила» настолько велика, что его охотно применяют для обозначения совершенно разных понятий. В физике и её прикладных приложениях используются понятия о силе тока и силе света, не только обеспеченные методами их количественного измерения, но и вошедшие в список основных физических величин, хотя этими словами выражаются чуждые друг другу понятия. А в некоторых языках в наименовании этих понятий вообще не входит слово сила.

Читайте также:  Все таблицы для определения зрения вблизи

Столь же широким смыслом объясняется упоминание в трудах по физике (главным образом в учебной и популярной литературе) таких терминов как ядерные силы сильного и слабого взаимодействий. Более строгий подход к выбору терминов наблюдается в трудах, детально разбирающих философию современной физики:

Понятие силы не может быть применено по отношению к явлениям субатомного мира. Это понятие из арсенала классической физики, ассоциирующейся (пусть даже только подсознательно) с ньютоновскими представлениями о силах, действующих на расстоянии. В субатомной физике таких сил уже нет: их заменяют взаимодействия между частицами, происходящими через посредство полей, то есть каких-то других частиц. Поэтому физики избегают употреблять слово сила, заменяя его словом взаимодействие [2]

И, наконец в обиходе под именем сила иногда понимаются вообще не существующие в природе факторы, как, например, «центробежная сила».

Но когда слово сила используется без прилагательного, то, по умолчанию, считается, что речь идёт о силе, связанной с механическим движением, то есть перемещением в пространстве.

Содержание

[править] Философские аспекты классической физики

Классическая физика в высокой степени детерминирована.Всё присходящее имеет свою причину и, в принципе, как утверждал Лаплас, досконально зная состояние системы любой сложности на определённый момент, можно было бы с уверенностью предсказать его на любой момент в будущем. [2]

Классическая физика допускает неопределённость, выражающуюсяя через понятие о вероятности событий. Разработана Теория вероятностей, положения которой успешно используются в Теории ошибок измерений, Теории приёма сигналов на уровне шумов, Теории отказов и др. Но во всех этих случаях причиной этой неопределённости является лишь недостаточная априорная информация и (или)несовершенство рассматриваемой модели, а не принципиальные ограничения, лежащие в природе вещей.

Вероятностный характер движения частиц, составляющих системы, состоящие из огромного множества компонентов, рассматривается в термодинамике, как феноменологической, направленной на рассмотрение тепловых процессов, так и в термодинамике статистической, с которой берёт своё начало статистическая физика. Признание вероятностного характера процессов базируется на экспериментальном факте невозможности по истечении некоторого времени по наблюдению частиц восстановить первоначальные условия их движения. Однако и здесь движение рассматривается в механическом смысле, о чём говорит объяснение эффекта давления газа, [1] , а также содержание и само название трудов классиков термодинамики: [3]

Признание исключительного вероятностного толкования законов природы равносильно с точки зрения классической физики утверждению об ограниченности пределов познания. Психологически этот шаг настолько труден, что, даже Эйнштейн на определённом этапе развития своей теории сомневался в том, что «Бог играет в кости» [2]

Рене Декарт (Картезиус) ввёл понятие силы как меры движения и чётко разделил представления о Природе на две независимые области — область сознания и область материи. И это разделение сказалось не только на формулировке понятий классической физики, но и на формировании всего присущего человеку Запада и сохранившегося до нашего времени стиля мышления, в соответствие с которым всё, что происходит в материальном мире, подчиняется неизменным, раз навсегда сформулированным законам.

Современная физика началась с Бэкона (основоположника эмпиризма) и Галилея, показавших, что эти законы могут быть обнаружены и сформулированы в непротиворечивом виде на основании эксперимента.

Однако классическая физика категорически отказалась не только рассматривать, но даже ставить вопрос о причине возникновения этих законов и их неизменяемости.

Положения классической физики лежат в самой основе научно обоснованной картины мира, поэтому любая попытка рассмотреть эту картину со стороны, однозначно означала выход из области материи в область сознания, после чего исследователь лишался своего единственного инструмента — эксперимента.

Это нашло своё отражение в утверждении о существовании правильно и неправильно поставленных вопросов, касающихся мироустройства. Правильными вопросами являются только такие, на которые можно ответить, поставив соответствующий физический эксперимент. Причём поставленный много раз и каждый раз приводящий к одному и тому же результату. Остальные вопросы недостойны внимания учёного-физика, как неправильно поставленные. [4]

Образы и понятия человеческого языка, который используются для описания и объяснения сути наблюдаемых событий, в том числе и формулировки физических законов, берут своё начало в чувственном восприятии. Поэтому полученные формулировки для понятий и законов удовлетворительно описывали природные явления на том этапе развития науки, когда объектом изучения была макроскопическая природная среда, бывшая доступной восприятию нашим органами чувств. В эти времена классическая механика Ньютона вполне удовлетворительно объясняла сущность вещей. [2]

На основании картезианского мировоззрения современная научно обоснованная картина мира в пределах, доступных чувственному восприятию и анализу, и сейчас состоит из множества отдельных вещей и событий, каждое из которых может быть, по крайней мере, мысленно, выделено, и стать объектом индивидуального рассмотрения. (Это, кстати, в корне противоречит восточным представлениям, в котором всё, что может стать объектом наблюдения, обладает текучим и неизменчивым характером. [2] )

Для такого рассмотрения в рамках Западной философии классической физики разработана система самостоятельных и несводимых одна к другой и не выражающихся одна через другую физических величин.

В механике Ньютона (и, соответственно, в современной ему физике) таких основных величин было три:

Длина (расстояние) с размерностью L

Масса с размерностью M

Время с размерностью T

На понятии размерности физической величины основаны международные системы физических величин, надлежащим образом эталонированных и закреплённых юридическим образом. [5]

Человек научился с высочайшей точностью проводить измерение этих величин, то есть количественно сопоставлять их с эталонами тех же величин, но объяснять причины существования и неизменности таких всеобщих принципов сохранения, признаваемых современной физикой, как принцип сохранения энергии,принцип сохранения заряда, принцип сохранения импульса и принцип сохранения момента вращеня не может. Приходится смириться с тем, что этот вопрос выходит за рамки не только физики, но и вообще за рамки науки. И это, в частности, является причиной того, что некоторые представители учёного мира в наше время вынужденно обращаются к восточным учениям или религии, пусть даже не в тех примитивных формах, в каких она выражается в существующих конфессиях. [2]

Картезианский подход в науке исключает возможность рассматривать изучаемое явление всесторонне. Это приводит к упрощению, заключающемуся в использовании его модели, всегда сопровождаемому риском упустить что-нибудь существенное. Известен афоризм Эйнштейна:

«Пока математические законы описывают действительность — они неопределённы. Когда они перестают быть неопределёнными, они теряют связь с действительностью». [2]

Поэтому вопрос о пределах допустимости использования модели и степени её приблизительности не менее важен, чем обоснование её формулировки.

[править] Физика Ньютона

Сила в классической физике, рассматривается как причина происходящих в природе изменений. В этом утверждении сказывается наследие философии Аристотеля, [6] оказавшего глубокое влияние на воззрения думающего человечества, сохранявшиеся вплоть до Ньютона [7] .

По своему происхождению могут иметь различную природу: электрические, магнитные, гравитационные, осмотические, силы Ван дер Ваальса и т. д. и т. п. Но по существующим в современной физике представленям, когда речь идёт о её предельном случае — классической физике, все они могут быть сведены (пока) лишь к двум, не сводимым к более фундаментальным силам, которыми являются силы электрические (точнее — силы электромагнитные) и силы гравитационные.

Далеко не всегда целесообразно и, более того, возможно проводить такую детализацию, и потому во множестве практически интересных случаев пользуются представлениями о специфической для данной задачи силе. Так, например, для расчёта прочности опорных конструкций достаточно располагать данными о предельно допустимой для них силовой нагрузке, не задаваясь вопросом о причинах их прочности на уровне электрического взаимодействия молекул материала, из которого сделаны эти конструкции. [1]

Несмотря на сложность интересующих физика явлений, эти изменения, в конечном счёте, сводятся к движению в механическом смысле, то есть в изменении взаимного расположения обладающих массой тел во времени и пространстве или же смещении одних частей тела по отношении к другим (деформация).

По своему действию силы проявляют себя в классической физике, в конечном счете, только механически.

Время (T) в классической физике течёт одинаково во всех точках пространства, причём только в одну сторону («стрела времени»), что служит основой для обоснования понятия о причинно-следственной связи, позволяющей допустить, что событие, происходившее раньше, может быть причиной более позднего события, но никогда не наоборот.

Вместе с тем математические выражения, описывающие движения тел инвариантны по отношению ко времени и потому позволяют с их помощью не только прогнозировать положение тел в пространстве в будущем, но и описывать его в сколь угодно далёкий момент времени в прошлом.

Пространство (размерность L 3 ) в классической физике рассматривается как трёхмерная сцена, на которой для некоего стороннего наблюдателя разыгрываются интересующие его события, на ход которых присутствие наблюдателя либо не оказывает никакого влияния, либо может быть исчерпывающим образом учтено. С этим наблюдателем связывается система отсчёта — трёхмерная система координат, реализуемая в виде совокупности материальных тел, неподвижных по отношению к наблюдателю, то есть тел, расстояние до которых и их взаимное расположение, остается во время наблюдения неизменными.

Классическая физика понимает массу как меру количества вещества и допускает изменение массы тела (М) во время его движения. Но лишь за счёт его разделения на части при условии сохранения суммарной массы, в чём состоит один из фундаментальных законов сохранения в классической физике (и в химии) — Закон сохранения массы (Закон сохранения вещества ).

Чрезвычайно полезным в Физике является понятие о материальной точке, то есть о таком объекте, размеры которого настолько малы, что могут не приниматься во внимание, но остальные его параметры, в первую очередь масса, имеют реальную и достаточную для их учёта величину. В разделе Физики — Оптике тот же смысл вкладывается в понятие о точечном объекте, то есть об объекте, угловые размеры которого из точки его наблюдения не превышают заданной малой величины. Для грубых оценок достаточно, чтобы поперечные размеры объекта не менее, чем в 10 раз были меньше расстояния его наблюдения, то есть ( [1]

По Ньютону причиной нарушения покоя тела или его равномерного прямолинейного движения в инерциальной системе является сила. Более того, он установил количественный закон, названный Вторым законом Ньютона, который одновременно явился и определением силы (или массы).

В физике сила, независимо от происхождения, всегда проявляет себя только одним образом: в соответствие со Вторым законом Ньютона она является причиной ускорения [math] \vec[/math] свободного в возможности своего перемещения тела массой [math]m[/math] , что может быть записано как: [math]\vec=\vec/m[/math] .

Одновременно Второй закон Ньютона может рассматриваться как определение понятия силы:

[math] \vec [/math] = [math]m[/math] [math] \vec [/math]

С точки зрения математики сила есть вектор, совпадающий по направлению с вектором вызываемого ею ускорения [math]\vec[/math] .

Размерность силы F = MLT −2 .

И таковой, в классической физике, является размерность силы любого происхождения.

Масса в системе СИ измеряется в килограммах, расстояние — в метрах, время — в секундах, а сила — в ньютонах: = 1кг•м•с −2

В неинерциальной системе координат возникают фиктивные силы, часто называемые силами инерции, не имеющими физического источника, но появляющимися исключительно из-за неравномерного движения системы отсчёта. Таковы силы «центробежные»; приливные; кориолисовы; силы, возникающие при торможении (ускорении) и т. п.

Неинерциальной будет такая система отсчёта, в которой будут наблюдаться силы, возникновение которых даже при самом скрупулёзном рассмотрении не может быть объяснено взаимодействием с другими телами.

В свою очередь: инерциальной системой координат является такая система, в которой ускорение тел может быть вызвано только явно проявляющимися в этой системе силами.

Если в некоторой инерциальной системе тело движется с ускорением, т.е его скорость [math]v(t)[/math] есть функция времени, то модуль вектора ускорения тела будет равняться:

Ускорение положительно, если тело движется ускоренно и отрицательно при замедленном движении.

Если за движением этого тела следит наблюдатель из второй инерциальной системы, движущейся по отношению к первой системе с постоянноой скоростью [math]v(0)[/math] , направленной в ту же сторону, то для его системы тело будет двигаться с тем же ускорением:

Таким образом в инерциальных системах скорости движеня тел есть величины относительные. Ускорение же абсолютно, поскольку не зависит от относительной скорости движения систем отсчёта и одинаково во всех инерциальных системах.

Следовательно и силы не меняют ни своей величины, ни направления действия при переходе из одной инерциальной системы в другую.

В этом смысле сила абсолютна.

[править] Дальнодействие и близкодействие

Дальноде́йствие и Короткоде́йствие (Близкодействие) — две концепции классической физики, две альтернативы, существовавшие долгое время (вплоть до Ньютона) в физике. Согласно концепции дальнодействия, тела действуют друг на друга без посредников, в том числе и через пустоту, на любом расстоянии, и такое взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью. Согласно концепции короткодействия (близкодействия), тело может действовать только на своё непосредственное окружение, а всякое действие на расстоянии должно осуществляться при помощи тех или иных посредников. Вопрос о скорости взаимодействия до Максвелла в физике не ставился, поскольку подразумевалось взаимодействие с бесконечно большой скоростью. Современное представление о скорости взаимодействия изложено в работах Эйнштейна.

[править] Силы, возникающие при контакте тел

Эта разновидность сил исторически представляет собой первый вид сил, с которыми столкнулся человек в своей повседневной и производственной деятельности. Причиной возникновения этих сил является деформация тел при взаимном контакте. В отношении сил этого типа никогда не возникал вопрос о дальнодействии. Их близкодействие всегда представлялось само собой разумеющемся. [1]

Именно на примере этих сил принято иллюстрировать Третий закон Ньютона, хотя он справедлив и при взаимодействии на расстоянии:

Тела действуют друг на друга с силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль одной и той же прямой, равными по модулю и противоположными по направлению:

Особое положение, которое занимает сила среди других физических понятий заключается в том, что перемещение тела, на которое действует сила, связано с совершением работы, что приводит к перераспределению энергии в системе, где работа совершается .

Работа [math]dA[/math] определяется как скалярное произведение вектора силы [math]\vec[/math] на вектор перемещения [math] \vec

[/math] и в дифференциальной форме записывается так:

[math] dA = \vec\vec
[/math]

Работа может быть положительной(затрата энергии) и отрицательной (получение энергии) и равной нулю когда сил направлена точно перпендикулярно к касательной к траектории тела. [1]

[править] Поля сил

До Ньютона взаимодействие тел было более или менее понятно лишь в случае непосредственного контакта физических тел, а о взаимодействии на расстоянии существовали лишь общие рассуждения в духе «Природа не терпит пустоты».

Дальнейшее развитие физики заключалось в решении вопроса о действии на расстоянии, что связано с возникновением нового для физики понятия — концепции силового поля.Это было сделано Фарадеем и Максвеллом и означало собой выход за пределы физики Ньютона, поскольку означало введение в физику представления о состоянии вещества -силового поля, способного порождать силу.

Но и в этом случае физика оставалсь классической, в основе которой лежала механика Ньютона. Так Фарадей был убеждён в существовании и механическом взаимодействии силовых линий поля, как некоторой физической реальности. А Максвелл пробовал объяснить результаты своих исследований с механистической точки зрения, считая поле напряжённым состоянием некоего всёзаполняющего эфира.

В физике принята концепция близкодействия, в соответствие с которой всякое действие на расстоянии должно осуществляться при помощи тех или иных посредников. В роли этого посредника выступает силовое поле, порождаемое обоими телами.

Для детального описания силового взаимодействия тел в физике повсеместно принята тактика первоначального рассмотрения задачи в наиболее упрощенной — дифференциальной форме, позволяющей отвлечься от учёта размеров взаимодействующих объектов и расстояния между ними, а затем переходе к суммированию полученных результатов в интегральной форме с учётом реальной геометрии явления. [1]

Справедливость такого подхода основана на экспериментально установленном законе независимости сил (или Принципе суперпозиции), действие каждой из которых на объект не зависит от действия на него других сил. Следствием этого является правило параллелограмма, используемое для векторного сложения нескольких сил различного направления и величины.

Нахождение результирующего значения силы представляет собой рутинную математическую процедуру.

[править] Гравитационное поле

Ньютон сформулировал и облёк в строгую математическую форму закон Всемирного тяготения. Но он считал, что силы тяготения неразрывно связаны с материальными телами и потому не разглядел, что тем самым он де-факто ввёл в физику представление о поле силы, представляемым в классической физике как часть пространства, в котором обнаруживается действие гравитационных сил. Ньютон не указал, что поле тяготения существует само по себе, независимо от того, существует или нет объект, на который оно могло бы подействовать. Тем самым он не смог ввести в физику одно из самых важных её понятий.

Но им был решён в пользу теории близкодействия давно дискутируемый вопрос о том, действует ли одно тело другое на расстоянии непосредственно (теория дальнодействия), или же между ними существует посредник, которым является гравитационное поле. В скалярном представлении закон Всемирного тяготения для двух взаимодействующих материальных точек в любой среде записывается в дифференциальной форме следующим образом:

Читайте также:  Современная россия с точки зрения формы государства

Здесь [math] dF_[/math] есть модуль силы взаимодействия первой и второй массы,

[math]m_1[/math] и [math] m_2[/math] , [math] r_ [/math] -расстояние между ними, а [math]G[/math] — фундаментальная гравитационная постоянная, равная

— 6,67428(67)•10 −11 м 3 •кг −1 •с −2

При подстановке в формулу масс в килограммах, а расстояний — в метрах получаем силу в ньютонах. [1]

[править] Электростатическое поле (поле неподвижных зарядов)

Развитие физики после Ньютона добавило к трём указанным выше основным величинам электрический заряд с размерностью C . Однако, исходя из требований практики, основанных на удобствах измерения, вместо заряда нередко стал использоваться электрический ток с размерностью I, причём I= C T −1

Единицей измерения величины заряда является кулон, а силы тока ампер.

Поскольку заряд, как таковой, не существует независимо от несущего его тела, то электрическое взаимодействие тел проявляется в виде той же рассматриваемой в механике силы, служащей причиной ускорения.

Применительно к электростатическому взаимодействию двух «точечных зарядов » в вакууме используется закон Кулона. В скалярном представлении этот закон записывается в дифференциальной форме следующим образом:

Здесь [math] dF _ [/math] есть сила взаимодействия первого и второго заряда, считающаяся положительной, если заряды отталкиваются. [math], q_1 [/math] и [math] q_2[/math] есть, соответственно, первый и второй заряды, взятые алгебраически (с их знаком), [math] r _ [/math] -расстояние между ними, а [math]k[/math] — коэффициент пропорциональности.

Таким образом, закон указывает, что одноименные заряды отталкиваются (а разноименные — притягиваются).

В СГСЭ единица измерения заряда выбрана таким образом, что коэффициент [math]k[/math] = 1 и, как правило, опускается.

В Международной системе единиц СИ в вакууме:

k ≈ 8,987551787•10 9 • Н•м 2 •Кл −2

В однородном (изотропном) веществе в этой системе сила взаимодействия уменьшается в

Направление силы совпадает с линией, соединяющей точечные заряды.

Графически электростатическое поле принято изображать в виде картины силовых линий, представляющих собой воображаемые траектории, по которым бы перемещалась лишённая массы заряжённая положительно частица. Эти линии начинаются на положительном и заканчиваются на отрицательном зарядах [1]

[править] Электромагнитное поле (поле постоянных токов)

Существование магнитного поля было известно ещё в средние века китайцам, использовавшим «любящий камень»- магнит в качестве прообраза магнитного компаса.

Графически магнитное поле принято изображать в виде замкнутых силовых линий, густота которых (так же, как и в случае электростатического поля) определяет его интенсивность. Исторически наглядным способом визуализации магнитного поля были железные опилки, насыпаемые, например, на лист бумаги, положенным на магнит.

В настоящее время в классической физике принята гипотеза Ампера, в соответствие с которой магнитные свойства вещества определяются микроскопическими кольцевыми токами. Таким образом природа магнетизма и электромагнетизма одна и та же.

Эрстед установил, что текущий по проводнику ток вызывает отклонение магнитной стрелки.

Фарадей пришёл к выводу, что вокруг проводника с током создаётся магнитное поле.

Силовое взаимодействие между электрическими зарядами, не находящимися в движении относительно друг друга, описывается законом Кулона. Поэтому электронный пучок в кинескопе расширяется за счёт сил электростатических сил расталкивания.

Однако заряды, находящиеся в движении относительно друг друга создают магнитные поля, посредством которых созданные движением зарядов токов в общем случае приходят в состояние силового взаимодействия.

Принципиальным отличием силы, возникающей при относительном движении зарядов от случая их стационарного размещения, является различие в геометрии этих сил. Для случая электростатики сил взаимодействия двух зарядов направлена по линии, их соединяющей. Поэтому геометрия задачи двумерна и рассмотрение ведётся в плоскости, проходящей через линию, соединяющую заряды.

В случае токов сила, возникающая в магнитное поле, создаваемом током, расположена в плоскости, перпендикулярной току. Поэтому картина явления становится трёхмерной. Магнитное поле, создаваемое бесконечно малым по длине элементом первого тока, взаимодействуя с таким же элементом второго тока, в общем случае создаёт силу, действующую на него. При этом для обех токов эта картина полностью симметрична в том смысле, что нумерация токов произвольна.

Количественно задача была решена Ампером, измерявшим силу взаимодействия двух параллельных проводников с текущими по ним токами. Один из проводников создавал вокруг себя магнитное поле, второй реагировал на это поле сближением или удалением с поддающейся измерению силой.

В случае, если проводники параллельны друг другу и по ним текут токи [math]I_1[/math] и [math]I_2[/math] , а сами проводники находятся на расстоянии [math]r_[/math] , то элемент длины первого проводника [math]dl_1[/math] действует на лежащий напротив него элемент длины второго проводника [math]dl_2[/math] (и наоборот) с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между взаимодействующими элементами токов:

Эта сила названа в честь учёного силой Ампера. Интегрирование этого выражения по всей длине проводника, несущего ток [math]I_2[/math] при [math]dl_2[/math] → бесконечность приводит к часто встречающемуся выражению:

где в системе СИ коэффициент k = 2•10 −7 Н•А −2 , а [math]r_[/math] есть минимальное расстояние между проводниками. [1]

[править] Интенсивность силовых полей

Несмотря на то, что силовая характеристика всех рассмотренных полей имеет одну и ту же размерность силы, их интенсивности принципиально отличаются, поскольку объектами их воздействия являются различные сущности.

Для описания интенсивности используется представление о «пробном объекте», присутствие которого с заранее обусловленной точностью не искажает поля объекта, создающее измеряемое поле. В качестве пробных объектов для измерения этих полей используется либо масса, либо масса, несущая заряд, либо отрезок проводника с током Idl, также испытывающего на себе действие механической силы, либо поток заряжённых и имеющих массу частиц (электроны, ионы и т. п.)

[править] Интенсивность электрического поля

Интенсивность этого поля определяется его напряженностью: Напряжённость [math]\vec E[/math] электростатического поля заряда [math]q_1[/math] измеряется кулоновской силой [math]\vec F_ [/math] , с которой оно действует или действовало бы на заряд, [math]q_2[/math] находящийся в точке, где измеряется интенсивность поля:

Напряженность поля есть вектор, касательный к силовой линии, соединяющей заряды в сторону, соответствующий направлению действующей между зарядами силе.

Если заряды находятся в материальной среде, то в ней под действием создаваемого ими поля наблюдается процесс поляризации её электрически нейтральных молекул, благодаря чему нарушается симметрия входящих в их состав зарядов и молекулы приобретают дипольный момент, создающий дополнительное поле, складывающееся с собственным полем зарядов.

Благодаря поляризации среды, интенсивность поля отличается от той, которая при тех же источниках поля была бы в вакууме.

И вместо напряженности поля принято пользоваться вектором электрического смещения (электрической индукции), [math] \vec[/math] , связанным с [math]\vec[/math] соотношением: [math]\vec=\varepsilon\vec[/math] , где [math]\varepsilon[/math] — диэлектрическая постоянная среды.

В единицах СИ диэлектрическая постоянная имеет размерность Ф/м или M −1 L −3 T 4 I 2

[править] Интенсивность магнитного поля

Интенсивность магнитного поля определяется силой Ампера, действующей на пробный объект, которым является бесконечно короткий элемент тока [math]I_1 \vec dl_1[/math] .

В системе отсчёта, находящейся в вакууме, по отношению к которой заряд находится в движении, то есть ведёт себя как электрический ток, возникает магнитное поле, интенсивность которого определяется вектором магнитной индукции [math]\vec[/math] , лежащим в плоскости, по отношению к которой заряд движется перпендикулярно.

Модуль этого вектора находится по формуле:

где [math]F[/math] -амперовская сила.

Согласно закону Био-Савара-Лапласа величина вектора магнитной индукции в вакууме связана с элементом длины проводника [math] \vec [/math] , по которому течёт ток [math]I_2[/math] , порождающий поле и расстоянием до точки наблюдения [math] \vec [/math] в системе СИ так:

В системе СИ магнитная постоянная [math]\mu_0[/math] = 1, 25663706•10 — 6 LMT −2 I −2 Гн•м −1

Единицей измерения магнитной индукции является тесла: 1Тл = 1 Вб•м −2 =1кг•с −2 •А −1

В среде, обладающей магнитными свойствами между вектором магнитной индукции [math]\vec[/math] и вектором напряжённости магнитного поля [math]\vec[/math] существует соотношение: [math] \vec= \mu\vec[/math] . Где [math]\mu[/math] есть магнитная проницаемость среды, учитывающая её магнитные свойства

В единицах СИ магнитная проницаемость среды имеет размерность Гн/м и размерность MLT −2 I −2

Сила Ампера, с которой магнитное поле действует в вакууме на короткий отрезок проводника с током, [math]\vec[/math] , где направление вектора совпадает с направлением тока, то есть направлением движения положительных зарядов, в дифференциальной форме выражается как:

[math]\vec[/math] = [math]I_1[/math] • [math]\vec \times \vec[/math]

Аналогичная сила, действующая свободную заряжённую частицу в магнитном поле называют силой Лоренца:

[math] \vec [/math] = [math]q[/math] [math]\vec\times \vec [/math]

Для свободного заряда, движущегося в магнитном и электрическом полях, полная действующая на него сила находится как:

[math]\vec = q(\vec + \vec \times \vec)[/math]

Следует иметь в виду, что в проводниках, по которым течёт ток, скорость носителей невелика и не определяет силы тока. Поэтому формулой Лоренца для определения силы взаимодействия проводников пользоваться нельзя. [1]

[править] Интенсивность гравитационного поля

Для описания интенсивности поля тяготения термин «напряжённость» поля не используется. Вместо него используется термин «Ускорение свободного прадения», которое по аналогии с электрическим полем вычисляется по формуле:

Где [math] F _[/math] есть сила, соэдаваемая гравитирующей массой [math]m _1[/math] , а [math]m _2[/math] есть»пробная масса»

Это- тоже вектор, направленный в сторону притягивающего тела

Между гравитационными и электромагнитными силами существует, как считал Эйнштейн связь. Об этом говорит квадратичный характер зависимости интенсивностей его полей. Существует мнение, что именно это предопределяет трёхмерность пространства, в котором происходят все физические явления. Гравитационные и электрические поля суть поля потенциальные, особенностью которых является то, что работа создаваемых ими сил, совершаемая на любой замкнутой траектории равна нулю [1]

[править] Электромагнитное поле переменных токов

Этот вид поля относится к категории вихревых полей, у которых работа при обходе замкнутого контура не равняется нулю.

Майкл Фарадей экспериментально установил, что изменение во времени магнитного поля, образованного переменным во времени током, создаёт электродвижущую силу, вызывающую движение зарядов (электрический ток). В свою очередь изменяющееся во времени электрическое поле вызывает появление, даже в изоляторе и вакууме, специфических токов смещения, создающих переменное магнитное поле.

Максвелл составил систему уравнений, объединяющую временную зависимость упомянутых выше характеристик электромагнитного поля. Важнейшим полученным им результатом в случае рассмотрения гармонического осциллятора, создающего меняющееся по гармоническому закону с круговой частотой [math]\omega=2\pi\nu= 2\pi/T[/math] ,где: [math]\nu[/math] — частота, а [math]T [/math] — период колебаний) электромагнитное поле, стали уравнения для электрической и магнитной составляющей, соответственно:

[math] \vec(z,t)= \vec(z)cos\phi(z,t) =\vec(z)cos(\omega t- kz + \phi_0 )[/math] [math] \vec(z,t) = \vec(z)cos\phi(z,t) =\vec(z)cos(\omega t- kz + \phi_0 ) [/math] ,

где [math] \phi(z,t)= \omega t- kz + \phi_0 [/math] есть фаза колебаний.

.Эти уравнения описывают волну, распространяющуюся в направлении [math]z[/math] , в которой напряженности электрического и магнитного полей меняются синхронно во времени. Рисунок представляет собой «замороженную» картину этой волны для некоторого фиксированного момента времени.

Параметр [math] k = 2\pi/ (\lambda) [/math] , представляет собой волновое число, где [math] (\lambda)[/math] есть длина волны. Поскольку колебания интенсивности происходят для различных составляющих волны во взаимно перпендикулярных плоскостях, то такая монохроматическая волна является плоско поляризованной волной и поперечной волной , так как векторы [math] \vec(z,t)[/math] и [math] \vec(z,t) [/math] перпендикулярны направлению распространения волны и (за исключением частного случая явления дихроизма) образуют правую тройку, описываемую векторным произведением: [math]\vec(z,t)[/math] = [math] \vec [/math] \times [math]\vec(z,t) [/math] ,где [math] \vec[/math] есть вектор скорости волны в данной среде, совпадающий с направлением ее распространения.

Исторически первым источником электромагнитных волн был диполь Герца, использованный Генрихом Герцем при закончившейся для него неожиданным триумфом попытке экспериментального опровержения теории Максвелла. Это устройство представляло собой гармонический осциллятор, в наше время реализуемый, например, антенными устройствами радиостанций. До сего времени моделью осциллятора в оптике является электрон в планетарной атомной модели Резерфорда, вследствие своего вращения вокруг атомного ядра представляющий собой переменный ток, ведущий, по Максвеллу, к образованию поля излучения.

Поскольку уравнения Максвелла линейны по отношению ко входящим в них переменным, любая сумма решений этих уравнений тоже является их решением. В этом находит своё теоретическое обоснование экспериментально наблюдаемый факт независимости электромагнитных волн, которые могут проходить через одну и ту же область пространства, не меняя направления своего распространения, своей частоты, магнитуды, а также плоскости поляризации.

Решениям уравнений Максвелла свойственна также инвариантность по отношению к движению по стреле времени. Из этого, например, следует свойство обратимости хода светового луча, который будет распространяться в обратную сторону по тому же пройденному им ранее пути. Однако имеется возможность с помощью использования эффекта Фарадея обеспечить распространение волны лишь в одном направлении и нарушить эту обратимость хода.

Из решений уравнений Максвелла следует, что в вакууме скорость распространения электромагнитной волны связана с фундаментальными константами электрического и магнитного полей соотношением:

[math] c [/math] = [math] 1/\sqrt(\varepsilon_0\mu_0 ) [/math] . Здесь, а [math] \varepsilon_0[/math] — фундаментальная постоянная для электрического, а [math] \mu_0[/math] — фундаментальная постоянная для магнитного поля.

С 1983 года на основании решения 17-го Международного конгресса по метрологии принято считать, что с = [math] 2,99792458 [/math] • [math]10^8 [/math] м/сек.

Из уравнений Максвелла непосредственно следует, что при распространении электромагнитной волны в среде, характеризуемой своей диэлектрической постоянной [math]\varepsilon[/math] и магнитной проницаемостью [math]\mu [/math] происходит замедление её распространения, и скорость распространения излучения [math] v [/math] становится равной:

[math] v [/math] = с [math] / \sqrt(\varepsilon\mu) [/math] = [math] c/n [/math] , где [math] n =\sqrt(\varepsilon \mu) [/math] есть показатель преломления среды. Поскольку скорость света (электромагнитной волны) представляет собой наивысшую скорость, достигаемую в природе, то реальный показатель преломления любого вещества всегда больше единицы. [1]

[править] Вектор Умова-Пойнтинга для электромагнитной волны

Современные представления о Космосе говорят в пользу того, что гравитационные и электромагнитное поля излучения суть физические понятия, самостоятельные в том смысле, что при их изучении далеко не всегда можно (и нужно) указывать на их источники. Таково, например, реликтовое излучение, равномерно распределённое в пространстве.

Плотность энергии электрического поля [math]w_e = \varepsilon[/math] [math]E^2/2 [/math] , а магнитного — [math]w_m =\mu[/math] [math]H^2/2 [/math]

Электрическая и магнитная составляющие волны создают в одном и том же месте пространства равные значения плотности энергии: [math] w_e =w_m [/math] .Тогда полное значение плотности энергии электромагнитной волны как: [math] w =w_e + w_m =\varepsilon[/math] [math]E^2 [/math] = [math]EH/v[/math]

Доля энергии [math]\Delta W[/math] , переносимой волной электромагнитного излучения через площадку [math]\Delta A[/math] , перпендикулярную направлению распространения волны за время [math]\Delta t[/math] равна произведению плотности энергии волны [math]w[/math] на величину объема [math]\Delta V [/math] пространства, пройденного волной со скоростью [math] v[/math] за это время:

[math] \Delta W= vw(\Delta V) [/math] ,а плотность мощности [math]P[/math] , переносимой через поперечное сечение потока энергии равняется [math]P= \Delta W/(\Delta A\Delta t)[/math] = [math]EH[/math] .

Или [math]P = \varepsilon v[/math] x [math] E^2[/math]

Это является выражением для модуля вектора Умова-Пойнтинга: [math]\vec

[/math] = [math]\vec\times \vec[/math]

На своем опыте человечество, не сознавая этого, неоднократно встречалась с непосредственным проявлением упомянутого выше явления механического воздействия потока излучения в виде «хвостатых звёзд» — комет, шлейф которых вызван явлением «солнечного ветра» [1]

[править] Ограниченность классической физики

Ньютоновская модель мира применима только по отношению к движению объектов, состоящих из большого количества атомов, при скоростях, которые значительно ниже скорости света. Если не выполняется первое условие, то вместо классической механики используют квантовую теорию. Если не выполняется второе условие, то применяется теория относительности.

В классической физике оставался нерешённым вопрос о скорости, с которой передается действие одного тела на другое. По умолчанию предполагалось, что это происходит мгновенно.

Но Эйнштейн показал, что существует предельно большая скорость, с которой один объект может передать своё влияние другому. Причём эта скорость постоянна в любой системе наблюдения, независимо от скорости, с которой она перемещается относительно наблюдателя. Это радикальным образом изменило представление об окружающем мире и привело к созданию релятивистской физики, в которой классическая физика рассматривается как некоторый предельный случай.

Релятивистская физика объединила пространство и время в единое четырёхмерное пространство, в котором объединились представления силы и материи, массы и энергии и, даже, причина и следствие относительны, а сам наблюдатель оказался включенным в процесс измерения. Проникнув в мир атомов, физики столкнулись с реальностью, не поддающемуся чувственному восприятию и потому образы современной физики стали родствен моделям и образам восточной философии. Естественно, радикально изменилось и представление о силах и их полях.

« Мы можем найти параллель урокам теории атома в эпистемологических проблемах, с которыми уже сталкивались такие мыслители, как Лао-цзы и Будда, пытаясь осмыслить нашу роль в грандиозном спектакле бытия — роль зрителей и участников одновременно»». [2] Нильс БОР

В релятивистской физике место сил, определяющих причины и интенсивность происходящих в микромире процессов, заняла энергия.

Интенсивность сильного и слабого ядерного взаимодействий измеряется не в единицах, имеющих размерность силы, а в единицах энергии— электрон-вольтах.

Источники:
  • http://econet.ru/articles/65310-kak-soznanie-upravlyaet-materiey
  • http://www.sunhome.ru/journal/141942
  • http://cyclowiki.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D0%BB%D1%8B_%D0%B8_%D0%B8%D1%85_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8F_%D0%B2_%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B9_%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B5