НОВАЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА ОРГАНИЗМИКА
Определения
Определения принципов и структуризация
Традиционный подход к понятию «поле»
А.А. Тюняев, 03.01.04 г.
Посредником, осуществляющим взаимодействие между заряженными частицами, является электромагнитное поле. Каждая заряженная частица создает электромагнитное поле, действующее на другие заряженные частицы – концепция близкодействия, распространенная впоследствии на все взаимодействия – осуществляемые посредством тех или иных полей (например, гравитационным полем).
Квантовая теория поля разъяснила: любое поле состоит из частиц – квантов этого поля. Каждому полю соответствуют свои частицы: электромагнитному – фотоны, заряженные частицы непрерывно испускают и поглощают их.
В природе открыто четыре фундаментальных типа взаимодействия (расположены в порядке возрастания интенсивности взаимодействия): гравитационные взаимодействия, слабые взаимодействия (отвечающие за распады элементарных частиц), электромагнитные взаимодействия, сильные взаимодействия (обеспечивающие, в частности, связь частиц в атомных ядрах).
Кроме того, электромагнитное поле способно порождаться, обладает способностью к интерференции и дифракции.
В 1900 году Макс Планк (1858 - 1947), немецкий физик, лауреат Нобелевской премии, пришел к выводу, что тепловое излучение нагретого тела дискретно – энергия одного кванта через постоянную Планка пропорциональна частоте излучения.
Немецкий ученый Альберт Эйнштейн (1879 - 1955), лауреат Нобелевской премии, обобщил идеи Планка: электромагнитное поле дискретно и состоит из квантов-фотонов, чем короче волна излучения, тем больше энергия фотона.
В 1924 году французский физик Луи де Бойль (1892 - 1987), лауреат Нобелевской премии, показал, что любая движущаяся частица характеризуется определенной длинной волны, обратно пропорциональной массе и скорости перемещения частицы.
Развивая волны де Бойля, квантовая механика дала им интерпретацию: волны не являются физическими, материальными, но лишь показывают вероятность обнаружения данной частицы в различных точках пространства в различные моменты времени. Из чего следует, что понятие координаты в классическом смысле не применимо к микроскопическим объектам.
Макс Бор вывел принцип дополнительности: получение экспериментальных данных об одних физических величинах неизбежно связано с изменением таких данных о величинах, дополнительных к первым и что лишь вся сумма явлений исчерпывает информацию об объекте.
В 1927 году один из создателей квантовой механики Вернер Гейзенберг (1901 - 1976), немецкий физик, лауреат Нобелевской премии, математически выразил принцип неопределенности: чем точнее определяется местоположение частицы (координаты), тем меньше точности в определении ее скорости (масса) и наоборот.
Таким образом, указанная двуединость находит отражение в самом способе квантово-механического описания, устраняющего резкую границу, разделяющую поля и частицы в классической теории.
Однако квантовая механика описывает лишь движение электронов, протонов и других частиц, но не их порождение или уничтожение, то есть, применима к системе с неизменным числом частиц. Поэтому природа электромагнитных волн осталась за рамками квантовой механики. Не описан также и переход атома из одного состояния в другое. Таким образом, квантовая механика дает лишь приближенное описание атома, справедливое в той мере, в какой можно пренебречь эффектами излучения.
Свойство микромира – взаимное превращение частиц, самопроизвольное или в процессе столкновения одни частицы исчезают, а на их месте образуются новые. При столкновении протонов и нейтронов образуются ПИ-мезоны, фотон может родить пару электронпозитронов, при столкновении электрона и позитрона на их месте образуется фотон.
Кроме того, осталась нерешенной задача проквантовать континуум, которым является электромагнитное поле.
Эти задачи решает квантовая теория поля: минимальная энергия, необходимая для образования частицы с массой m (m – масса покоя), равна mc2 (где c – универсальная постоянная, равная скорости света в пустоте – 3х1010 см/с).
Принцип суперпозиции – это допущение, согласно которому результирующий эффект представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействующим явлением в отдельности, в микромире составляет фундаментальную основу математического аппарата квантовой механики (до и после превращений частиц сумма заряда должна оставаться постоянной).
Еще одна проблема, решаемая квантовой теорией поля, - проблема фундаментальной длины – фактически кванта пространства, то есть, минимальной длины.
Представление о физическом пространстве и времени нуждается в пересмотре: одна из причин – возникновение непреодолимых математических трудностей при рассмотрении элементарной частицы в качестве точки. Но введение фундаментальной длины позволит избежать математических трудностей.
В общей теории относительности, созданной А. Эйнштейном в 1905 году, исследуются свойства пространства-времени при наличии полей тяготения.
Однако замечено, что разнообразие взаимодействия тел друг на друга зависит от взаимодействия слагающих их элементарных частиц.