Виды физических полей, и способы передачи инфомации через эти поля???

Физические поля

Физическое поле
Физическое поле — особый вид материи. Физические поля связывают составные части вещества в единые системы и передают с конечной скоростью действие одних частиц на другие. Различают гравитационные, электромагнитные и другие поля.

Вихревое поле
Вихревое поле — поле, силовые линии которого являются замкнутым.

Гравитационное поле
Гравитационное поле — поле, которое создает вокруг себя тело, обладающее массой. Посредством гравитационных полей взаимодействуют физические объекты.

Материя
Материя — объективная реальность, данная нам в ощущениях.
Считается, что материя существует либо в виде вещества, либо в виде поля.
Формами существования материи являются пространство и время.

Силовые линии напряженности
Силовые линии напряженности — воображаемые линии, проведенные в гравитационном, магнитном или электрическом силовом поле так, что в каждой точке пространства направление касательной к этим силовым линиям совпадает с направлением напряженности поля.

Электромагнитное поле
англ. Electromagnetic field
фр. Champ electromagnetique; нем. Elektromagnetisches Feld
Электромагнитное поле — особый вид материи:
— посредством которого осуществляются электромагнитные взаимодействия;
— представляющий собой единство электрического и магнитного полей.
В каждой точке электромагнитное поле характеризуется:
— напряженностью и потенциалом электрического поля; а также
— индукцией магнитного поля.
— индукцией магнитного поля.

Электрическое поле — особая форма существования материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между покоящимися или движущимися электрическими зарядами.
Физическое поле — особый вид материи. Физические поля связывают составные части вещества в единые системы и передают с конечной скоростью действие одних частиц на другие. Различают гравитационные, электромагнитные и другие поля.

Магнитное поле — особая форма существования материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами. Магнитное поле:
— является формой электромагнитного поля;
— непрерывно в пространстве;
— порождается движущимися зарядами;
— обнаруживается по действию на движущиеся заряды;
— описывается уравнениями Максвелла.

Физические поля — это… Что такое Физические поля?



Физические поля

пространство, в котором проявляются физические свойства материального объекта в результате его взаимодействия с окружающей средой. Основные виды Ф.п.: акустические, электромагнитные, магнитные, электрические, тепловые, динамические и гравитационные. Они являются объективным проявлением объекта и используются для его обнаружения, опознавания и наблюдения за его деятельностью.

EdwART. Словарь терминов МЧС, 2010

• Физическая защита атомной электростанции
• Физическое загрязнение

Смотреть что такое «Физические поля» в других словарях:

• Физические поля —    пространство, в котором проявляются физические свойства материального объекта в результате его взаимодействия с окружающей средой. Основными ФП являются: акустические, электромагнитные, магнитные, электрические, тепловые, динамические и… …   Гражданская защита. Понятийно-терминологический словарь

• Физические поля корабля — (судна) пространство, в котором проявляются физические свойства, присущие кораблю как материальному объекту или возникающие в результате его взаимодействия с окружающей средой. Основными физическими полями корабля (судна) являются: акустическое,… …   Морской словарь

• физические поля земли — представлены гравитационным, магнитным, геометрическим и электрическим полями и изучаются соответствующими отраслями наук. Гравиметрия изучает закономерности пространственного строения и изменения гравитационного поля Земли и определяет фигуру… …   Географическая энциклопедия

• Физические поля корабля — пространство, в котором проявляются физические свойства, присущие кораблю как материальному объекту или возникающие в результате его взаимодействия с окружающей средой. Основными Ф. п. корабля являются: акустическое, гидроакустическое,… …   Словарь военных терминов

• поля геофизические — Различные естественные и искусственные физические поля, обусловленные взаимодействием нейтральных или заряженных материальных тел, элементарных частиц и квантов энергии. Примечание К геофизическим полям относятся: гравитационные, магнитные,… …   Справочник технического переводчика

• ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ — особая форма материи; физ. система с бесконечно большим числом степеней свободы. Примерами П. ф. могут служить эл. магн, и гравитац. поля, поле яд. сил, а также волновые (квантованные) поля, соответствующие разл. элем. ч цам. Понятие поля… …   Физическая энциклопедия

• ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ — ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ, особая форма материи, создаваемая так называемыми источниками поля физического, например: электрическое и магнитное поле создается заряженными частицами, а гравитационное любыми частицами, обладающими массой. Поле физическое… …   Современная энциклопедия

• Поля физические — ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ, особая форма материи, создаваемая так называемыми источниками поля физического, например: электрическое и магнитное поле создается заряженными частицами, а гравитационное любыми частицами, обладающими массой. Поле физическое… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

• Физические свойства —         горных пород (a. physical properties of rocks; н. physische Eigenschaften der Gesteine; ф. proprietes physiques des roches; и. caracteristicas fisicas de rocas, propiedades fisicas de rocas, particularidades fisicas de rocas) внутренние,… …   Геологическая энциклопедия

• Поля физические —         особая форма материи; физическая система, обладающая бесконечно большим числом степеней свободы. Примерами П. ф. могут служить электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, а также волновые (квантованные) поля, соответствующие …   Большая советская энциклопедия

Книги

• Физические поля. Материалистическая концепция классической физики, А. А. Лучин. Со времен Фарадея о полях написано много, но все неверно. Техника опять пришла на помощь науке и начала создавать поля в электронике и радиотехнике, нужные для быта, производства и обороны.… Подробнее  Купить за 359 руб
• Физические поля. Материалистическая концепция классической физики, Лучин А.А.. Со времен Фарадея о полях написано много, но все неверно. Техника опять пришла на помощь науке и начала создавать поля в электронике и радиотехнике, нужные для быта, производства и обороны.… Подробнее  Купить за 322 руб
• Физические поля и их материи. Проникновение в загадки микро- и макромиров, А. А. Лучин. В современной релятивистской физике электродинамика базируется на представлениях 200-летней давности. Открытия Томсоном электрона, Резерфордом — структуры атома попали под прессинг работы… Подробнее  Купить за 293 руб

Другие книги по запросу «Физические поля» >>

Обсуждение:Поле (физика) — Википедия

Независимо от области применения «поле» является математической абстракцией и

не может быть одним из видов материи. В случае физических полей материальной является энергия, которая может переноситься данными полями, но не сами поля.

определение шедеврально… неужели тут не найдется адекватного школьника (на крайняк — первокурсника) ?? Ausweis 09:26, 17 мая 2008 (UTC) дайте определение «математическая абстракция» ,и как удается «математической абстракции» взаимодействовать с веществом ?

Ага, еще и энергию переносит данная «абстракция». Поле — вид материи, а энергия — его атрибут, характеристика. Определение в статье нуждается в правке. Но не в сторону «математической абстракции». Там просто свалены в одну кучу физическое поле и его математическая модель. Это все таки не одно и то же. —Rv21 21:18, 10 октября 2009 (UTC)

Спасибо за Вашу правку! Хорошо прояснили вопрос. —Melirius 18:20, 12 октября 2009 (UTC)

Обзывать поле видом материи — это дремучий марксизм-ленинизм и вульгарный материализм. Посмотрите английскую версию статьи: «In physics, a field is a physical quantity associated with each point of spacetime.» Здесь есть где-нибудь слово «matter»? Сколько можно уже повторять эти глупости, усвоенные на лекциях по марксистско-ленинской философии, но никак не физики? 109.205.253.60 22:50, 23 марта 2012 (UTC)

По́ле в физике — одна из форм распределенного в пространстве взимодействия, поэтому обладает бесконечным числом степеней свободы. Как и любое взаимодействие характеризуется величиной энергии (обмена энергией). Для описания пространственного распределения физического поля используется понятие напряжённости (или её оператор — для квантованных полей). Это значение, как правило, меняется при переходе от одной точки пространства к другой. В зависимости от математического представления напряжённости поля выделяют скалярные, векторные, тензорные и спинорные поля. Динамика физических полей описывается дифференциальными уравнениями в частных производных.

~~SavAlexander 00:32, 14 апрреля 2012 (UTC)

Экспериментальные доказательства[править код]

«Долгое время считалось, что поле является только[источник?] наглядным теоретическим объяснением таких явлений, как, например, световые волны, пока в 1887 году Генрих Рудольф Герц не доказал существование электромагнитного поля экспериментально.»

Кто-нибудь может объяснить каким образом в принципе можно экспериментально доказать существование поля? — Эта реплика добавлена участником Aruhs (о • в)

• А нам в школе рассказывали и даже показывали 🙂 Vlsergey 14:06, 3 сентября 2009 (UTC)

«Поле» есть «поле». Это одно и то же в любых случиях. Все «вещество», все «частицы» имеют своё личное поле в «пространстве» — не зависимо от их взаимодеиствий. То есть хоть один «кварк» или «лептон»- то имеет своё поле вокруг тела. «Поле» образуется под воздействием тела с пространством. От етих воздействий образуется «бозон» «пространства». Ещё можно называться этот бозон-гравитоном. Взаимодействие между «частицами» — это не является «взаимодействие между тех же тел. А является взаимодействием между их поле. Из-за взаимодействий между полей-происходит вталкивание между гравитона. И от сюда образуют другие бозоны — «глюон»,»W,Z бозоны»,»фотоны». Образование этих бозонов зависит от поле тела. Структура тела зависит от построении их частиц.

Sh.Tumur.PeljeeМедиа:Example.ogg—Sh.tumur.peljee 05:30, 1 декабря 2009 (UTC)Sh.Tumur.Peljee

Поле, Взаимодействие, Волна, Квант[править код]

Не показана принципиальная разница между понятиями Поле, Взаимодействие, Волна, Квант (носитель). Народ будет путаться. Fractaler 12:16, 4 января 2010 (UTC)

• Верно, «Всё смешалось, Люди, Кони..»
  • настаиваю на продолжении «… и залпы тысячи орудий»! Вы, уважаемый коллега, очень точно указали на разницу сутей сопоставляемых понятий, качественное отличие их природы: люди (иманентно обременённые сознанием), кони (сферические, ясное дело, в вакууме: с крыльями и одним рогом!) и залп (как процесс)… ·1e0nid· (обс.) 06:53, 15 августа 2017 (UTC)

Не хватает категории _[+]поля Fractaler 09:04, 2 ноября 2010 (UTC)

Уточнение термина «Поле»[править код]

Определение термина «Поле», предложенное в «ВикипедиЯ», слишком размазано!

Предлагаю предельно чёткую формулировку для физического поля:

Поле – это пространство, внутри которого один объект (Источник) воздействует, не обязательно прямым контактом, на другой объект (Приёмник). Если Источником воздействия является магнит, то поле считается магнитным. Если Источником воздействия является гравитело, то поле считается гравитационным. И т. д. 90.154.72.87 07:53, 19 января 2016 (UTC) [email protected]

«Поле – это пространство…»?! «внутри пространства»?! «прямой контакт»? — череда понятий с неочевидной трактовкой… воздействующий объект уместно назвать субъектом? «если Источником является инспектор ГИБДД, то поле считается правовым…». А магнит — «гавитело» (это вы сами придумали?) ·1e0nid· (обс.) 07:04, 15 августа 2017 (UTC)

Поле — обобщение понятия чисел[править код]

Понятие «поле» некритично заимствовано физикой из начал математической абстракции — теории чисел. Отсюда и происходят монотонные вращения вокруг абстракций «поля» более высокого уровня. Или, по другому — обмен понятиями. А.Пономарев 91.192.22.102 12:05, 30 октября 2019 (UTC)

Гравитационное поле — Википедия

Гравитацио́нное по́ле, или по́ле тяготе́ния, — фундаментальное физическое поле, через которое осуществляется гравитационное взаимодействие между всеми материальными телами^[1].

Гравитационное поле в классической физике[править | править код]

Закон всемирного тяготения Ньютона[править | править код]

Закон тяготения Ньютона

В рамках классической физики гравитационное взаимодействие описывается «законом всемирного тяготения» Ньютона, согласно которому сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками с массами m1{\displaystyle m_{1}} и m2{\displaystyle m_{2}} пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

F=Gm1m2r2.{\displaystyle F=G{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}.}

Здесь G{\displaystyle G} — гравитационная постоянная, приблизительно равная 6,673⋅10−11{\displaystyle 6{,}673\cdot 10^{-11}} м³/(кг с²), r{\displaystyle r} — расстояние между точками.

Решение задачи динамики в общем случае, когда тяготеющие массы нельзя считать материальными точками, подразделяется на два этапа: вначале рассчитывается гравитационное поле, создаваемое этими массами, а затем определяется его действие на массивные тела в изучаемой системе.

Расчёт гравитационного потенциала[править | править код]

Гравитационное поле является потенциальным. Его потенциал φ(r){\displaystyle \varphi (\mathbf {r} )} удовлетворяет уравнению Пуассона

Δφ(r)=−4πGρ(r){\displaystyle \Delta \varphi (\mathbf {r} )=-4\pi G\rho (\mathbf {r} )},

где Δ{\displaystyle \Delta } — оператор Лапласа. Решение данного уравнения имеет вид:

φ(r)=−G∫V′ρ(r′)dV′|r−r′|{\displaystyle \varphi (\mathbf {r} )=-G\int _{V^{\prime }}{\frac {\rho (\mathbf {r} ^{\prime })dV^{\prime }}{|\mathbf {r} -\mathbf {r} ^{\prime }|}}}.

Здесь r{\displaystyle \mathbf {r} } — радиус-вектор точки, в которой определяется потенциал, r′{\displaystyle \mathbf {r} ^{\prime }} — радиус-вектор элемента объёма dV′{\displaystyle dV^{\prime }} c плотностью вещества ρ(r′){\displaystyle \rho (\mathbf {r} ^{\prime })}, а интегрирование охватывает все такие элементы. На бесконечности φ=0{\displaystyle \varphi =0}.

В частном случае поля, создаваемого расположенной в начале координат точечной массой M{\displaystyle M}, потенциал равен

φ(r)=−GMr{\displaystyle \varphi (\mathbf {r} )=-G{\frac {M}{r}}}.

Этим же выражением описывается потенциал тела со сферически-симметрично распределённой массой M{\displaystyle M}, за его пределами.

В общем случае тела произвольной формы на больших расстояниях от него неплохое приближение для потенциала даёт формула^[2]:

φ(r)=−G(Mr+A+B+C−3I2r3),{\displaystyle \varphi (\mathbf {r} )=-G\left({\frac {M}{r}}+{\frac {A+B+C-3I}{2r^{3}}}\right),}

где за начало координат принят центр масс тела, A,B,C{\displaystyle A,B,C} — главные моменты инерции тела, I{\displaystyle I} — момент инерции относительно оси r{\displaystyle \mathbf {r} }. Эта формула несколько упрощается для астрономических объектов, представляющих собой сплюснутые сфероиды вращения с концентрически однородным распределением масс. У таких тел A=B{\displaystyle A=B} и I=A+(C−A)sin2⁡α,{\displaystyle I=A+(C-A)\sin ^{2}\alpha ,} где α{\displaystyle \alpha } — угол между r{\displaystyle \mathbf {r} } и плоскостью главных осей A{\displaystyle A} и B{\displaystyle B}. В итоге

φ(r)=−G(Mr+C−A2r3(1−3sin2⁡α)).{\displaystyle \varphi (\mathbf {r} )=-G\left({\frac {M}{r}}+{\frac {C-A}{2r^{3}}}(1-3\sin ^{2}\alpha )\right).}

Движение в гравитационном поле[править | править код]

Если потенциал поля определён, то сила притяжения, действующая в гравитационном поле на материальную точку с массой m{\displaystyle m}, находится по формуле:

F(r)=−m∇φ(r)=−Gm∫V′ρ(r′)(r−r′)dV′|r−r′|3{\displaystyle \mathbf {F} (\mathbf {r} )=-m\nabla \varphi (\mathbf {r} )=-Gm\int _{V^{\prime }}{\frac {\rho (\mathbf {r} ^{\prime })(\mathbf {r} -\mathbf {r} ^{\prime })dV^{\prime }}{|\mathbf {r} -\mathbf {r} ^{\prime }|^{3}}}}.

В частном случае поля точечной массы M{\displaystyle M}, расположенной в начале координат (r′=0{\displaystyle \mathbf {r} ^{\prime }=\mathbf {0} }), действующая сила составит

F(r)=−GmMr3r{\displaystyle \mathbf {F} (\mathbf {r} )=-G\,{\frac {mM}{r^{3}}}\,\mathbf {r} }.

Траектория материальной точки в гравитационном поле, создаваемом много большей по массе материальной точкой, подчиняется законам Кеплера. В частности, планеты и кометы в Солнечной системе движутся по эллипсам или гиперболам. Влияние других планет, искажающее эту картину, можно учесть с помощью теории возмущений.

Если исследуемое тело нельзя рассматривать как материальную точку, то его движение в гравитационном поле включает также вращение вокруг оси, проходящей через центр масс^[3]:

dHdt=K.{\displaystyle {\frac {d\mathbf {H} }{dt}}=\mathbf {K} .}

Здесь: H{\displaystyle \mathbf {H} } — угловой момент относительно центра масс, K{\displaystyle \mathbf {K} } — равнодействующая моментов действующих сил относительно центра масс. Более общий случай, когда масса исследуемого тела сравнима с массой источника поля, известен как задача двух тел, и её формулировка сводится к системе двух независимых движений. Исследование движения более чем двух тел («задача трёх тел») разрешимо только в нескольких специальных случаях.

Недостатки ньютоновской модели тяготения[править | править код]

Практика показала, что классический закон всемирного тяготения позволяет с огромной точностью объяснить и предсказать движения небесных тел. Однако ньютоновская теория содержала ряд серьёзных недостатков. Главный из них — необъяснимое дальнодействие: сила притяжения передавалась неизвестно как через совершенно пустое пространство, причём бесконечно быстро. По существу ньютоновская модель была чисто математической, без какого-либо физического содержания. Кроме того, если Вселенная, как тогда предполагали, евклидова и бесконечна, и при этом средняя плотность вещества в ней ненулевая, то возникает гравитационный парадокс: потенциал поля всюду обращается в бесконечность. В конце XIX века обнаружилась ещё одна проблема: заметное расхождение теоретического и наблюдаемого смещения перигелия Меркурия.

На протяжении более двухсот лет после Ньютона физики предлагали различные пути усовершенствования ньютоновской теории тяготения. Эти усилия увенчались успехом в 1915 году, с созданием общей теории относительности Эйнштейна, в которой все указанные трудности были преодолены. Теория Ньютона оказалась приближением более общей теории, применимым при выполнении двух условий:

1. Гравитационный потенциал в исследуемой системе не слишком велик (много меньше c2{\displaystyle c^{2}}). В Солнечной системе это условие для большинства движений небесных тел можно считать выполненным — даже на поверхности Солнца отношение |φ|/c2{\displaystyle |\varphi |/c^{2}} составляет всего 2,12⋅10−6{\displaystyle 2{,}12\cdot 10^{-6}}. Заметным релятивистским эффектом является только указанное выше смещение перигелия^[4].
2. Скорости движения в этой системе незначительны по сравнению со скоростью света.

Гравитационное поле в общей теории относительности[править | править код]

В общей теории относительности (ОТО) гравитационное поле является не отдельным физическим понятием, а свойством пространства-времени, появляющимся в присутствии материи. Этим свойством является неевклидовость метрики (геометрии) пространства-времени, и материальным носителем тяготения является пространство-время. Тот факт, что гравитацию можно рассматривать как проявление свойств геометрии четырёхмерного неевклидова пространства, без привлечения дополнительных понятий, есть следствие того, что все тела в поле тяготения получают одинаковое ускорение («принцип эквивалентности» Эйнштейна). Пространство-время при таком подходе приобретает физические атрибуты, которые влияют на физические объекты и сами зависят от них.

Пространство-время ОТО представляет собой псевдориманово многообразие с переменной метрикой. Причиной искривления пространства-времени является присутствие материи, и чем больше её энергия, тем искривление сильнее. Для определения метрики пространства-времени при известном распределении материи надо решить уравнения Эйнштейна. Ньютоновская же теория тяготения представляет собой приближение ОТО, которое получается, если учитывать только «искривление времени», то есть изменение временно́й компоненты метрики, g00{\displaystyle g_{00}}^[5] (пространство в этом приближении евклидово). Распространение возмущений гравитации, то есть изменений метрики при движении тяготеющих масс, происходит с конечной скоростью, и дальнодействие в ОТО отсутствует.

Другие существенные отличия гравитационного поля ОТО от ньютоновского: возможность нетривиальной топологии пространства, особых точек, гравитационные волны.

1. ↑ Советский энциклопедический словарь. — 2-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1982. — С. 332.
2. ↑ Основные формулы физики, 1957, с. 574..
3. ↑ Основные формулы физики, 1957, с. 575..
4. ↑ Гинзбург В. Л. Гелиоцентрическая система и общая теория относительности (от Коперника до Эйнштейна) // Эйнштейновский сборник. — М.: Наука, 1973. — С. 63..
5. ↑ Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. — Издание 7-е, исправленное. — М.: Наука, 1988. — 512 с. — («Теоретическая физика», том II). — ISBN 5-02-014420-7., § «Закон Ньютона».

• Дубошин Г. Н. . Небесная механика. Основные задачи и методы. — М.: Наука, 1968. — 800 с.
• Иваненко Д. Д., Сарданашвили Г. А. . Гравитация. — 3-е изд. — М.: УРСС, 2008. — 200 с.
• Мензел Д. (ред.). Основные формулы физики. Глава 29. Небесная механика. — М.: Изд. иностранной литературы, 1957. — 658 с.
• Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация. — М.: Мир, 1977.

• Тюлина И. А. Об основах ньютоновой механики (к трёхсотлетию «Начал» Ньютона) // История и методология естественных наук. — М.: МГУ, 1989. — Вып. 36. — С. 184—196..

3.3. Понятие физического поля

М. Фарадей вошел в науку исключительно благодаря таланту и усердию в самообразовании. Выходец из бедной семьи, он работал в переплетной мастерской, где познакомился с трудами ученых, философов. Известный английский физик Г.Дэви (1778—1829), который способствовал вхождению М. Фарадея в научное сообщество, однажды сказал, что самым крупным его достижением в науке является «открытие» им М. Фарадея. М. Фарадей изобрел электродвигатель и электрогенератор, т. е. машины для производства электричества. Ему принадлежит идея о том, что электричество имеет единую физическую природу, т. е. независимо от того, каким образом оно получено: движением магнита или прохождением электрически заряженных частиц в проводнике. Для объяснения взаимодействия между электрическими зарядами на расстоянии М. Фарадей ввел понятие физического поля. Физическое поле он представлял как свойство самого пространства вокруг электрически заряженного тела оказывать физическое воздействие на другое заряженное тело, помещенное в это пространство. С помощью металлических частиц он показал расположение и наличие сил, действующих в пространстве вокруг магнита (магнитных сил) и электрического заряженного тела (электрических). Свои идеи о физическом поле М. Фарадей изложил в письме-завещании, которое было вскрыто лишь в 1938 г. в присутствии членов Лондонского Королевского общества. В этом письме было обнаружено, что М. Фарадей владел методикой изучения свойств поля и в его теории электромагнитные волны распространяются с конечной скоростью. Причины, по которым он изложил свои идеи о физическом поле в форме письма- завещания, возможно, следующие. Представители французской физической школы требовали от него теоретического доказательства связи электрических и магнитных сил. Кроме того, понятие физического поля, по М. Фарадею, означало, что распространение электрических и магнитных сил осуществляется непрерывным образом от одной точки поля к другой и, следовательно, эти силы имеют характер близкодействующих сил, а не дальнодействующих, как полагал Ш. Кулон. М. Фарадею принадлежит еще одна плодотворная идея. При изучении свойств электролитов он обнаружил, что электрический заряд частиц, образующих электричество, не является дробным. Эта идея была подтверждена

_{определением зарядаэлектронауже в конце XIX в.}

3.4. Теория электромагнитных сил д. Максвелла

Подобно И. Ньютону Д. Максвелл придал всем результатам исследований электрических и магнитных сил теоретическую форму. Произошло это в 70-х годах XIX в. Он сформулировал свою теорию на основе законов связи взаимодействия электрических и магнитных сил, содержание которых можно представить таким образом:

1. Любой электрический ток вызывает или создает магнитное поле в окружающем его пространстве. Постоянный электрический ток создает постоянное магнитное поле. Но постоянное магнитное поле (неподвижный магнит) не может создавать электрическое поле вообще (ни постоянное, ни переменное).

2. Образовавшееся переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, создает переменное магнитное поле,

и так далее.

3. Силовые линии электрического поля замыкаются на электрических зарядах.

4. Силовые линии магнитного поля замкнуты сами на себя и никогда не кончаются, т. е. не существует в природе магнитных зарядов.

В уравнениях Д. Максвелла присутствовала некоторая постоянная величина С, которая указывала, что скорость распространения электромагнитных волн в физическом поле является конечной и совпадает со скоростью распространения света в вакууме, равной 300 тыс. км/с.

Физика полей — Дом Солнца

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 &#215;10-4 — 8 &#215;10-7 м), УФ (4 &#215;10-7 — 10-9 м), рентгеновское излучение (2 &#215;10-9 — 6 &#215;10-12 м), &#947;-излучение (< 6 &#215;10-12 м).

Так что же такое поле? Лучше всего вос-пользоваться неким абстрактным представ-лением, и в этой абстракции опять же нет ничего необычного или непонятного: как мы увидим дальше, такие же абстракции используются в построении физики микро-мира и физики Вселенной. Проще всего сказать, что поле — это любая физическая величина, которая в разных точках про-странства принимает различные значения. Например температура — это поле (в дан-ном случае скалярное), которое можно опи-сать как Т = Т(x, y, z), или, если оно меня-ется во времени, Т = Т (x, y, z, t). Могут быть поля давлений, в том числе и атмо-сферного воздуха, поле распределения лю-дей на Земле или различных наций среди населения, распределения оружия на Земле, разных песен, животных, всего чего угодно. Могут быть и векторные поля, как, напри-мер, поле скоростей текущей жидкости. Мы знаем уже, что скорость (x, y, z, t)есть вектор. Поэтому мы записываем скорость движения жидкости в любой точке про-странства в момент t в виде (x, y, z, t). Аналогично могут быть представлены и электромагнитные поля. В частности, элек-трическое поле — векторное, так как куло-новская сила между зарядами — естественно, вектор:

(1.3.1)
Немало изобретательности было потрачено на то, чтобы помочь людям мысленно представить поведение полей. И оказалось, что самая правильная точка зрения — это самая отвлеченная: надо просто рассматри-вать поле как математические функции координат и времени какого-то параметра, описывающего явление или эффект.

Однако можно предположить и наглядную простую модель векторного поля и его опи-сания. Можно построить мысленную кар-тину поля, начертив во многих точках про-странства векторы, которые определяют какую-то характеристику процесса взаимо-действия или движения (для потока жидко-сти — это вектор скорости движущегося по-тока частиц, электрические явления можно модельно рассматривать как заряженную жидкость со своим вектором напряженно-сти поля и т.д.). Заметим, что метод оп-ределения параметров движения через ко-ординаты и импульс в классической меха-нике — это метод Лагранжа, а определение через векторы скоростей и потоки — это ме-тод Эйлера. Такое модельное представле-ние легко вспомнить из школьного курса физики. Это, например, силовые линии электрического поля (рис. ). По густоте этих линий (точнее касательных к ним) мы можем судить об интенсивности течения жидкости. Число этих линий на единицу площади, расположенной перпендикуляро к силовым линиям, будет пропорционально напряженности электрического поля Е. Хо-тя картина силовых линий, введенных Фарадеем в 1852 г., очень наглядна, следует понимать, что это лишь условная картина, простая физическая модель (и следователь-но, абстрактная), так как, конечно, не суще-ствует в природе каких-то линий, нитей, простирающихся в пространстве и способ-ных оказать воздействие на другие тела. Силовых линий в действительности не су-ществует, они лишь облегчают рассмотре-ние процессов, связанных с полями сил.

Можно пойти и дальше в такой физической модели: определить сколько жидкости вте-кает или вытекает из некоторого объема вокруг выбранной точки в поле скоростей или напряженностей. Это связано с понят-ным представлением о наличии в каком-то объеме источников жидкости и ее стоков. Такие представления приводят нас к широ-ко используемым понятиям векторного анализа полей: потока и циркуляции. Не-смотря на некоторую абстракцию, на самом деле они наглядны, имеют понятный физи-ческий смысл и достаточно просты. Под потоком понимают общее количество жид-кости, вытекающей в единицу времени че-рез некоторую воображаемую поверхность около выбранной нами точки. Математиче-ски это записывается так:

(1.3.2)
т.е. это количество (поток Фv ) равно сум-марному произведению (интегралу) скоро-сти на поверхность ds, через которую жи-кость вытекает.

С понятием потока связано и понятие цир-куляции. Можно задаться вопросом: цирку-лирует ли, приходит ли наша жидкость сквозь поверхность выбранного объема? Физический смысл циркуляции состоит в том, что она определяет меру движения (т.е. опять-таки связана со скоростью) жид-кости через замкнутый контур (линию L, в отличие от потока через поверхность S). Математически это тоже можно записать: циркуляция по L

(1.3.3)
Конечно, Вы можете сказать, что эти поня-тия потока и циркуляции чересчур все же абстрактны. Да, это так, но все же лучше пользоваться абстрактными представле-ниями, если они дают в конце концов пра-вильные результаты. Жаль, конечно, что они есть абстракция, но пока ничего не по-делаешь.

Тем не менее, оказывается, что пользуясь этими двумя понятиями потока и циркуля-ции, можно придти к знаменитым четырем уравнениям Максвелла, которые описы-вают практически все законы электриче-ства и магнетизма через представление по-лей. Там, правда, используются еще два по-нятия: дивергенция — расхождение (на-пример, того же потока в пространстве), описывающая меру источника, и ротор — вихрь. Но они нам для качественного рас-смотрения уравнений Максвелла не пона-добятся. Мы, естественно, приводить их, а тем более запоминать, в нашем курсе не будем. Более того, из этих уравнений выте-кает, что электрическое и магнитное поля связаны друг с другом, образуя единое электромагнитное поле, в котором распро-страняются электромагнитные волны, со скоростью, равной скорости света с = 3 &#215;108 м/с. Отсюда, кстати, и был сделан вы-вод об электромагнитной природе света.

Уравнения Максвелла являются математи-ческим описанием экспериментальных за-конов электричества и магнетизма, уста-новленных ранее многими учеными ( Ам-пер, Эрстед, Био — Савар, Ленц и другие), и во многом Фарадеем, про кото-рого говорили, что он не успевает записы-вать то, что открывает. Надо заметить, что Фарадей сформулировал идеи поля, как но-вой формы существования материи, не только на качественном, но и количествен-ном уровне. Любопытно, что свои научные записи он запечатал в конверт, просив вскрыть его после смерти. Это было сдела-но, однако, лишь в 1938 г. Поэтому спра-ведливо считать теорию электромагнитного поля теорией Фарадея — Максвелла. Отдавая дань заслугам Фарадея, основатель элек-трохимии и президент Лондонского коро-левского общества Г. Дэви, у которого поначалу Фарадей работал лаборантом, пи-сал: «Хотя я сделал ряд научных открытий, самым замечательным является то, что я открыл Фарадея».

Не будем здесь касаться многочисленных явлений, связанных с электричеством и магнетизмом (для этого есть свои разделы в физике), но отметим, что как явления элек-тро- и магнитостатики, так и динамики за-ряженных частиц в классическом представ-лении хорошо описываются уравнениями Максвелла. Поскольку все тела в микро- и макромире являются так или иначе заря-женными, то теория Фарадея — Максвелла приобретает поистине универсальный ха-рактер. В рамках ее описываются и объяс-няются движение и взаимодействие заря-женных частиц при наличии магнитного и электрического полей. Физический же смысл четырех уравнений Максвелла со-стоит в следующих положениях.

1. Закон Кулона, определяющий си-лы взаимодействия зарядов q1 и q2

(1.3.4)
отражает действие электрического поля на эти заряды

(1.3.5)
где — напряженность электриче-ского поля, а — сила Кулона. От-сюда можно получить и другие ха-рактеристики взаимодействия заря-женных частиц (тел): потенциал по-ля, напряжение, ток, энергию поля и т.д.

2. Электрические силовые линии начи-наются на одних зарядах (условно принято считать на положительных) и заканчиваются на других — отрица-тельных, т.е. они прерывны и совпа-дают (в этом их модельный смысл) с направлением векторов напряжен-ности электрического поля — они просто касательные к силовым ли-ниям. Магнитные силовые замкнуты сами на себя, не имеют ни начала, ни конца, т.е. непрерывны. Это являет-ся доказательством отсутствия маг-нитных зарядов.

3. Любой электрический ток создает магнитное поле, причем это магнит-ное поле может создаваться как по-стоянным (тогда будет постоянное магнитное поле) и переменным электрическим током, так и пере-менным электрическим полем (пе-ременное магнитное поле).

4. Переменное магнитное поле за счет явления электромагнитной индук-ции Фарадея создает электрическое поле. Таким образом, переменные электрические и магнитные поля создают друг друга и оказывают взаимное влияние. Поэтому-то и го-ворят об едином электромагнитном поле.

В уравнения Максвелла входит константа с, которая с поразительной точностью совпа-дает со скоростью света, откуда и был сде-лан вывод, что свет — это поперечная волна в переменном электромагнитном поле. Причем этот процесс распространения вол-ны в пространстве и времени продолжается до бесконечности, так как энергия электри-ческого поля переходит в энергию магнит-ного поля и наоборот. В электромагнитных световых волнах взаимно перпендикулярно колеблются векторы напряженности элек-трического и магнитного полей (отсю-да и следует. что свет — поперечные волны), а в качестве носителя волны выступает са-мо пространство, которое тем самым явля-ется напряженным. Однако скорость рас-пространения волн (не только световых) зависит от свойств среды. Поэтому, если гравитацинное взаимодействие происходит «мгновенно», т.е. является дальнодейст-вующим, то электрическое взаимодействие будет в этом смысле близкодействующим, так как распространение волн в простран-стве происходит с конечной скоростью. Характерными примерами является затуха-ние и дисперсия света в различных средах.

Таким образом, уравнения Максвелла связывают световые явления с электриче-скими и магнитными и тем самым придают фундаментальное значение теории Фарадея — Масвелла. Заметим еще раз, что электро-магнитное поле существует повсюду во Вселенной, в том числе и в разных средах. Уравнения Максвелла играют в электро-магнетизме ту же роль, что уравнения Нью-тона в механике, и лежат в основе электро-магнитной картины мира.

Через 20 лет после создания теории Фара-дея — Максвелла в 1887 г. Герц экспери-ментально подтвердил наличие электро-магнитного излучения в диапазоне длин волн от 10 до 100 м с помощью искрового разряда и регистрацией сигнала в контуре в нескольких метрах от разрядника. Измерив параметры излучения (длину и частоту волны), он получил, что скорость распро-странения волны совпадает со скоростью света. Впоследствии были изучены и ос-воены другие диапазоны частот электро-магнитного излучения. Было установлено, что можно получить волны любой частоты при условии наличия соответствующего источника излучения. Электронными мето-дами можно получить электромагнитные волны до 1012 Гц (от радиоволн до микро-волн), за счет излучения атомов можно по-лучать инфракрасные, световые, ультра-фиолетовые и рентгеновские волны (диапа-зон частот от 1012 до 1020 Гц). Гамма-излучение с частотой колебаний выше 1020 Гц испускается атомными ядрами. Таким образом было установлено, что природа всех электромагнитных излучений одина-кова и все они различаются лишь своими частотами.

Электромагнитное излучение (как и любое другое поле) обладает энергией и импуль-сом. И эту энергию можно извлекать, соз-давая условия, при которых поле приводит тела в движение. Применительно к опреде-лению энергии электроманитной волны удобно расширить упомянутое нами поня-тие потока (в данном случае энергии) до представления плотности потока энергии , введенной впервые русским физиком Умовым, который, кстати, занимался и бо-лее общими вопросами естествознания, в частности связи живого в природе с энерги-ей. Плотность потока энергии — это количе-ство электромагнитной энергии, проходя-щей через единичную площадку, перпенди-кулярную к направлению распространения волны, в единицу времени. Физически это означает, что изменение энергии внутри объема пространства определяется ее пото-ком, т.е. вектором Умова :

(1.3.6)
где с — скорость света.
Поскольку для плоской волны Е = В и энер-гия делится поровну между волнами элек-трического и магнитного полей, то можно записать (1.3.6) в виде

(1.3.7)
Что касается импульса световой волны, то проще получить его из знаменитой форму-лы Эйнштейна Е = mc2, полученной им в теории относительности, в которую также входит скорость света с как скорость рас-пространения электромагнитной волны, по-этому использование формулы Эйнштейна здесь физически оправдано. Проблемами теории отнсительности мы будем занимать-ся дальше в главе 1.4. Здесь же отметим, что в формуле Е = mc2 отражена не только взаимосвязь между энерегией Е и массой m, а и закон сохранения полной энергии в лю-бом физическом процессе, а не отдельно сохранения массы и энергии.

Тогда учитывая, что энергии Е соответст-вует масса m, импульс электромагнитной волны, т.е. произведение массы на скорость (1.2.6), с учетом скорости электромагнит-ной волны с

(1.3.8)
Такое распределение приведено для на-глядности, так как, строго говоря, формулу (1.3.8) получить из соотношения Эйн-штейна некорректно, поскольку экспери-ментально установлено, что масса фотона как кванта света равна нулю.

С позиций современного естествознания именно Солнце через электромагнитное из-лучение обеспечивает условия жизни на Земле и эту энергию и импульс мы может определить физическими законами коли-чественно. Кстати, если есть импульс света, значит свет должен оказывать давление на поверхность Земли. Почему мы не ощуща-ем его? Ответ прост и заключается в приве-денной формуле (1.3.8), так как величина с — огромное число. Тем не менее экспери-ментально давление света было обнаруже-но в весьма тонких опытах русским физи-ком П. Лебедевым, а во Вселенной под-тверждается наличием и положением ко-метных хвостов, возникающих под дейст-вием импульса электромагнитного светово-го излучения. Другим примером, подтвер-ждающим, что поле обладает энергией, служит передача сигналов от космических станций или с Луны на Землю. Хотя эти сигналы и распространяются со скоростью света с, но с конечным временем из-за больших расстояний (от Луны сигнал идет 1,3 с, от самого Солнца — 7 с). Вопрос: где находится энергия излучения между пере-датчиком на космической станции и при-емником на Земле? В соответствии с зако-ном сохранения она должна ведь где-то быть! И она действительно таким образом содержится именно в электромагнитном поле.

Заметим также, что передача энергии в пространстве может осуществляться только в переменных электромагнитных полях, когда изменяется скорость частицы. При постоянном электрическом токе создается постоянное магнитное поле, которое дейст-вует на заряженную частицу перпендику-лярно направлению ее движения. Это так называемая сила Лоренца, «закручиваю-щая» частицу. Поэтому постоянное маг-нитное поле не совершает работы (&#948;А = dFdr) и, следовательно, отсутствует переда-ча энергии от движущихся в проводнике зарядов к частицам вне проводника в про-странстве вокруг посредством постоянного магнитного поля. В случае переменного магнитного поля, вызванного переменным электрическим полем, заряды в проводнике испытывают ускорение вдоль направления движения и энергия может передаваться частицам, находящимся в пространстве вблизи проводника. Поэтому только дви-жущиеся с ускорением заряды могут пере-давать энергию посредством создаваемого ими переменного электромагнитного поля.

Возвращаясь к общему понятию поля как некоторого распределения соответствую-щих величин или параметров в пространст-ве и времени, можно считать, что такое по-нятие применительно ко многим явлениям не только в природе, но и в экономике или социуме при использовании соответст-вующих физических моделей. Необходимо только в каждом случае убеждаться — обна-руживает ли выбранная физическая вели-чина или ее аналог такие свойства, чтобы описание ее с помощью модели поля оказа-лось полезным. Заметим, что непрерыв-ность величин, описывающих поле, являет-ся одной из основных параметров поля и позволяет использовать соответствующий математический аппарат, в том числе крат-ко упомянутый нами выше.

В этом смысле вполне оправдано говорить и о гравитационном поле, где вектор грави-тационной силы меняется непрерывно, и о других полях (например информационное, поле рыночной экономики, силовые поля художественных произведений и т.д.), где проявляются неизвестные пока нам силы или субстанции. Правомерно распростра-нив свои законы динамики на небесную механику, Ньютон установил закон все-мирного тяеготения

(1.3.9)
согласно которому сила, действующая ме-жду двумя массами m1 и m2 обратно про-порциональна квадрату расстояния R меж-ду ними, G — константа гравитационного взаимодействия. Если ввести по аналогии с электромагнитным полем вектор напря-женности поля тяготения, то можно пе-рейти от (1.3.9) непосредственно к гравита-ционному полю.

Формулу (1.3.9) можно понять так: масса m1 создает в пространстве некоторые усло-вия, на которые реагирует масса m2 , и в результате испытывает направленную к m1 силу . Вот эти-то условия и есть грави-тационное поле, источником которого яв-ляется масса m1 . Чтобы не записывать ка-ждый раз силу, зависящую от m2, разделим обе части уравнения (1.3.9) на m2 , считая ее за массу пробного тела, т.е. того, на ко-тороое мы действуем (при этом считается, что пробная масса не вносит возмущений в гравитационное поле). Тогда

(1.3.10)
По существу теперь правая часть (1.3.10) зависит только от расстояния между масса-ми m1 и m2 , но не зависит от массы m2 и определяет гравитационной поле в любой точке пространства, отстоящей от источни-ка гравитации m1 на расстоянии R безотно-сительно к тому, имеется ли там масса m2 или нет. Поэтому можно еще раз перепи-сать (1.3.10) так, чтобы определяющее зна-чение имела масса источника гравитацион-ного поля. Обозначим правую часть (1.3.10) через g:

(1.3.11)
где М = m1 .
Поскольку F — вектор, то, естественно, и g — тоже вектор. Он называется вектором на-пряженности гравитационного поля и дает полное описание этого поля массы М в лю-бой точке пространства. Поскольку вели-чина g определяет силу, действующую на единицу массы, то по своему физическому смыслу и размерности она есть ускорение. Поэтому уравнение классической динамики (1.2.5) совпадает по форме с силами, дейст-вующими в гравитационном поле

(1.3.12)
К гравитационному полю можно также применить понятие силовых линий, где по их густоте (плотности) судят о величинах действующих сил. Силовые гравитацион-ные линии сферической массы есть пря-мые, направленные к центру сферы массой М как источнику гравитации, и согласно (1.3.10) силы взаимодействия уменьшаются с удалением от М по закону обратной про-порциональности квадрату расстояния R. Таким образом, в отличие от силовых ли-ний электрического поля, начинающихся на положительном и заканчивающихся на от-рицательном, в гравитационном поле нет определенных точек, где бы они начина-лись, вместе с тем они простираются до бесконечности.

По аналогии с электрическим потенциалом ( — потенциальная энергия еди-ничного заряда, находящегося в электриче-ском поле), можно ввести гравитационный потенциал

(1.3.13)
Физический смысл (1.3.13) состоит в том, что Фгр — это потенциальная энергия, при-ходящаяся на единицу массы. Введение по-тенциалов электрического и гравитацион-ного полей, которые являются, в отличие от векторных величин напряженностей и , скалярными величинами, упрощает количе-ственные расчеты. Заметим, что ко всем параметрам полей применим принцип су-перпозиции, заключающийся в независимо-сти действия сил (напряженностей, потен-циалов) и возможности вычисления резуль-тирующего параметра (и векторного, и ска-лярного) соответствующим сложением.

Несмотря на похожесть основных законов электрических (1.3.4) и гравитационных (1.3.9) полей и методологий введения и ис-пользования описывающих их параметров, объяснить их сущность на основе общей природы до сих пор не удалось. Хотя такие попытки, начиная от Эйнштейна и до по-следнего времени, постоянно предприни-маются с целью создания единой теории поля. Естественно, что это упростило бы наше понимание физического мира и по-зволило описать его единообразно. На не-которых таких попытках мы остановимся в главе 1.6.

Считается, что гравитационные и электри-ческие поля действуют независимо и могут сосуществовать в любой точке пространст-ва одновременно, не влияя друг на друга. Суммарная сила, действующая на пробную частицу с зарядом q и массой m, может быть выражена векторной суммой и . Суммировать векторы и не имеет смысла, поскольку они имеют разную раз-мерность. Введение в классической элек-тродинамике понятия электромагнитного поля с передачей взаимодействия и энергии путем распространения волн через про-странство, позволило отойти от механиче-ского представления эфира. В старом пред-ставлении понятие эфира как некой среды, объясняющей передачу контактного дейст-вия сил, было опровергнуто как экспери-ментально опытами Майкельсона по изме-рению скорости света, так и, главным обра-зом, теорией относительности Эйнштейна. Через поля оказалось возможным описы-вать физические взаимодействия, для чего собственно и были сформулированы общие для разных типов полей характеристики, о которых мы здесь говорили. Правда следу-ет отметить, что сейчас идея эфира отчасти возрождается некоторыми учеными на базе понятия физического вакуума.

Так после механической картины сформи-ровалась новая к тому времени электромаг-нитная картина мира. Ее можно рассматри-вать как промежуточную по отношению к современной естественнонаучной. Отметим некоторые общие характеристики этой па-радигмы. Поскольку она включает не толь-ко представления о полях, но и появившие-ся к тому времени новые данные об элек-тронах, фотонах, ядерной модели атома, закономерностях химического строения веществ и расположения элементов в пе-риодической системе Менделеева и ряд других результатов по пути познания при-роды, то, конечно, в эту концепцию вошли также идеи квантовой механики и теории относительности, о которых речь еще будет идти дальше.

Главным в таком представлении является возможность описать большое количество явлений на основе понятия поля. Было ус-тановлено, в отличие от механической кар-тины, что материя существует не только в виде вещества, но и поля. Электромагнит-ное взаимодействие на основе волновых представлений достаточно уверенно опи-сывает не только электрические и магнит-ные поля, но и оптические, химические, те-пловые и механические явления. Методо-логия полевого представления материи мо-жет быть использована и для понимания полей иной природы. Сделаны попытки увязать корпускулярную природу микро-объектов с волновой природой процессов. Было установлено, что «переносчиком» взаимодействия электромагнитного поля является фотон, который подчиняется уже законам квантовой механики. Делаются по-пытки найти гравитон, как носитель грави-тационного поля.

Однако несмотря на существенное продви-жение вперед в познании окружающего нас мира, электромагнитная картина не свобод-на от недостатков. Так, в ней не рассматри-ваются вероятностные подходы, по сущест-ву вероятностные закономерности не при-знаются фундаментальными, сохранены детерминистический подход Ньютона к описанию отдельных частиц и жесткая од-нозначность причинно-следственных свя-зей (что сейчас оспаривается синергети-кой), ядерные взаимодействия и их поля объясняются не только электромагнитными взаимодействиями между заряженными частицами. В целом такое положение по-нятно и объяснимо, так как каждое проник-новение в природу вещей углубляет наши представления и требует создания новых адекватных физических моделей.

ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ — это… Что такое ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ?

— физ. системы, обладающие бесконечно большим числом степеней свободы. Относящиеся к такой системе физ. величины не локализованы на к.-л. отдельных материальных частицах с конечным числом степеней свободы, а непрерывно распределены по нек-рой области пространства. Примерами таких систем могут служить гравитац. и эл.-магн. поля и волновые поля частиц в квантовой физике (электрон-но-позитронное, мезонное и т. п.). Для описания П. ф. в каждый момент времени необходимо задать одну или неск. физ. величин в каждой точке области, где имеется поле, т. е. задать полевую ф-цию. Пока речь идёт о нерелятивистских процессах, понятие поля можно не вводить. Напр., при рассмотрении гравитац. или куло-новского взаимодействия двух частиц можно считать, что сила взаимодействия возникает лишь при наличии обеих частиц, полагая, что пространство вокруг частиц не играет особой роли в передаче взаимодействия. Такое представление соответствует концепции дальнодействия, или действия на расстоянии. Понятие о дальнодействии, однако, является приближением, только в нерелятивистском случае физически эквивалентным представлению о том, что действие заряда проявляется лишь при помещении 2-й, пробной, частицы в область пространства, свойства к-рого уже изменены из-за наличия 1-й частицы. Взаимодействие при этом передаётся постепенно, от точки к точке, в таком изменённом пространстве. Это и означает, что 1-я частица создаёт вокруг себя силовое гравитац. или электрич. поле. Эта концепция близкодействия находит подтверждение при рассмотрении релятивистских процессов. В этом случае, т. е. при движении источников со скоростью, сравнимой со скоростью передачи взаимодействия, говорить о дальнодействии уже нельзя. Именно, изменение состояния одной частицы сопровождается, вообще говоря, изменением её энергии и импульса, а изменение силы, действующей на др. частицу, наступает лишь через конечный промежуток времени. Доли энергии и импульса, отданные одной частицей и ещё не принятые 2-й, принадлежат в течение этого времени переносящему их полю. Поле, переносящее взаимодействие, является, т. о., само по себе физ. реальностью.

Понятие поля применимо при описании свойств всякой сплошной среды. Если сопоставить с каждой точкой среды определяющие её состояние физ. величины (темп-ру, давление, натяжения и т. п.), то получится поле этих величин. В этом случае роль упругой среды для передачи взаимодействия очевидна. Первонач. трудность представить себе немеханич. среду, способную переносить энергию и импульс, породила разл. механич. модели эфира как среды, переносящей эл.-магн. взаимодействия. Однако все механич. модели эфира противоречат принципу относительности Эйнштейна (см. Относительности теория), и от них пришлось отказаться.

Простейший тип движения поля — волновое, для к-рого полевая ф-ция периодически меняется во времени и от точки к точке. Вообще, любое состояние поля удобно представить в виде суперпозиции волн. Для волнового движения характерны явления дифракции и интерференции, невозможные в классич. механике частиц. С др. стороны, динамич. характеристики (энергия, импульс и т. д.) волн «размазаны» в пространстве, а не локализованы, как у классич. частиц.

Такое противопоставление волновых и корпускулярных свойств, присущее классич. механике, отражается в ней как качеств. различие между П. ф. и частицами. Однако опыт показывает, что на малых расстояниях, в атомных масштабах, это различие исчезает: у ноля выявляются корпускулярные свойства (см., напр., Комптона эффект), у частиц — волновые (см. Дифракция частиц).

Квантовая механика ставит в соответствие каждой частице поле её волновой ф-ции, дающее распределение различных, относящихся к частице физ. величии. Концепция поля является основной для описания свойств элементарных частиц и их взаимодействий. Конечная цель в этом случае — нахождение свойств частиц из ур-ний поля и перестановочных соотношений, определяющих квантовые свойства материн. Возможный вид ур-ний поля ограничен принципами симметрии и инвариантности, являющимися обобщением эксперим. данных. Лоренц-ковариантность, напр., требует, чтобы волновые ф-ции 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. Реально используются наиб. простые ур-ния полей, являющиеся локальными и перенормируемыми. Попытки построения теорий, не удовлетворяющих этим требованиям,- нелинейной, нелокальной и т. п. теорий поля — влекут за собой пересмотр ряда важнейших принципов, существенных при физ. интерпретации теории (принцип суперпозиции, положительность нормы волновой ф-ции и т. д.).

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц E. М., Теория поля, 7 изд., М., 1988; Боголюбов Н. Н., Ширков Д. В., Введение в теорию квантовых полей, 4 изд., М., 1984; Медведев Б. В., Начала теоретической физики, М., 1977; Боголюбов Н. Н., Ширков Д. В., Квантовые поля, М., 1980.

В. П. Павлов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.