|
Доработка
2. Поле и вещество как формы существования материи: общие и от-личительные характеристики, взаимосвязь.
Всякую физическую величину, плавно изменяющуюся в пространстве и однозначно определенную во всех его точках, можно рассматривать как поле. Поля бывают векторными и скалярными.
Поля характеризуются вектором напряженности поля, равным по величи-не силе, действующей на пробный заряд (или массу пробного тела). Для грави-тационного поля - это вектор ускорения, для электрического - вектор напря-женности.
В полях существует принцип суперпозиции для векторов напряженности поля (и сил).
Потенциальная энергия, приходящаяся на единицу массы (или заряда), определяет потенциал поля гравитации (или электрический). Точки, где потен-циал одинаков, определяют эквипотенциальную поверхность.
Электромагнитное поле обладает энергией и импульсом, которые были обнаружены в экспериментах.
Вещество может быть разделено на основные частицы, называемые ато-мами. Молекулами называют мельчайшее количество какого-либо вещества, которое может существовать, оставаясь при этом тем же веществом. Молекула может состоять из одного, нескольких или многих атомов.
Опишем связь поля и вещества через описание вакуума.
К формам существования материи в применении к физической реально-сти принято относить в первую очередь вещество и поле. Однако в современ-ной физической картине мира все большую значимость начинает приобретать представление о вакууме, свойства которого проявляются при плотностях ве-щества, превышающих плотности ядер.
Под веществом мыслится форма существования материи, сводимая так или иначе к дискретным, обособленным образованиям - молекулам, атомам, а затем и к субатомным частицам, которые принято называть элементарными. Как стабильные, так и нестабильные (распадающиеся) элементарные частицы исчерпывающе описываются набором так называемых внутренних свойств, или внутренних квантовых чисел, которые определяют внешние свойства, т. е. спо-собность взаимодействовать с другими частицами тем или иным образом. Час-тицы обладают ограниченным числом внутренних и внешних степеней свобо-ды.
Внешние степени свободы частицы, например, в классической механике сводятся к возможности иметь несколько независимых перемещений, характе-ризующихся величиной и направлением. Одна точечная классическая частица имеет три степени свободы, и ее состояние полностью описывается перечнем из шести чисел, характеризующих ее положение (состояние) в фазовом про-странстве. Перемещение и положение субатомных частиц подчиняется более сложным законам.
Внутренние степени свободы элементарных частиц определяются воз-можностью иметь тот или иной набор (спектр) внутренних квантовых чисел. Изменение этого спектра соответствует изменению типа частиц. Следователь-но, указывая в некотором псевдопространстве (изотопическом, унитарном и т. д.) координатами которого являются отдельные внутренние свойства частиц, некоторые выделенные внутренние состояния при помощи вектора состояния - псевдоспина (изотопического, унитарного и т. д. спина), мы описываем тип элементарной частицы. Появление новых свойств, наблюдаемых при увеличе-нии энергии взаимодействующих частиц в опытах по столкновению частиц (charm, beauty), свидетельствует о "расщеплении" дотоле вырожденной (и по-тому не наблюдавшейся) внутренней степени свободы вещества.
Поле, являясь формой существования материи, вводится как промежуточный агент для передачи взаимодействия между классическими частицами и вопло-щает принцип близкодействия. Число степеней свободы поля бесконечно и оп-ределяется его непрерывностью. Взаимодействие источников поля (для элек-трического поля это заряды) происходит не непосредственно. Однако ошибоч-но считать, что "пробный заряд" взаимодействует не непосредственно с заря-дом - создателем поля, а с полем в точке, где этот пробный заряд находится". Подсчет потока энергии между взаимодействующими зарядами показывает, что пробный заряд взаимодействует не с "полем в точке" (здесь имеется в виду "чужое поле"). Каждый заряд взаимодействует лишь со "своим" полем, а уж поля этих зарядов взаимодействуют между собой, причем это взаимодействие (выражающееся в изменении густоты и направления силовых линий) носит мультипликативный характер. Добавочная энергия, соответствующая взаимо-действию, распределена в пространстве, т. е. не локализована. При столкнове-нии элементарных частиц полевое, т. е. непрерывное и нелокальное, взаимо-действие с хорошей точностью апроксимируется одноактным (дискретным) ло-кальным взаимодействием.
Здесь влияние поля игнорируется, а обмен импульсом и энергией припи-сывается иному переносчику взаимодействия - кванту поля, локализованному в пространстве наподобии дискретных вещественных объектов. В этом смысле говорят о стирании граней между полем и веществом 17. Однако между части-цами вещества и квантами поля остается существенное различие: первые всегда являются фермионами и подчиняются запрету Паули (иначе говоря, стремятся сохранить свою индивидуальность в системе тождественных частиц), в то вре-мя как вторые всегда являются бозонами и запрету Паули не подчиняются.
Вакуум, также являясь формой существования материи, имеет свои специфиче-ские свойства, заключающиеся в наличии флуктуаций, обусловленных вирту-альными процессами рождения квантов полей, при чем "средние" величины этих полей нулевые. Флуктуации локализованы и существуют в коротких вре-менных интервалах, допускаемых неопределенностью Гейзенберга. Флуктуа-ционные процессы имеют стохастический, шумоподобный характер проявле-ния, вследствие чего их нельзя использовать в качестве меток, по которым можно было бы определить абсолютное перемещение относительно вакуума. Поэтому применение понятия "вакуум" не возрождает концепцию эфира. Ваку-умные флуктуации приводят к наблюдаемым эффектам, например лембовскому сдвигу спектральных линий атомов, аномальному магнитному моменту элек-трона и т. д. Кроме того, само появление полей объяснимо как некоторое упо-рядочение флуктуаций. Фиксация фазы случайного поля (например, электриче-ского) в какой либо локальной области приводит к нелокальной реакции вакуу-ма - образованию распределенного в пространстве непрерывного "среднего" электрического поля. Область фиксации фазы случайного электрического поля выполняет функции классического заряда, а сама фиксация обусловлена ло-кальным взаимодействием фермиона и вакуума.
|
На уровень вверх
Купить