단거리와 장거리의 원리. 정전기
물질의 상호작용 - 양도할 수 없는 재산물질의 운동의 원인으로 작용하는 물질.
기본 상호 작용- 서로 다른, 환원 불가능한 상호작용 유형 소립자그리고 그것들로 이루어진 시체들.
네 가지 유형의 상호 작용이 있습니다.
1. 중력 상호 작용 - 질량이 있는 물체 간의 상호 작용을 담당합니다. 그것은 행성, 별, 은하의 세계인 메가 세계에서 결정적입니다.
2. 전자기 상호작용 - 전하를 띤 입자와 물체 사이의 상호작용을 담당합니다. 대우주와 원자 현상에 필수적입니다. 원자와 분자의 구조와 특성을 결정합니다.
3. 강력한 상호 작용 - 핵의 핵자 연결을 위해 쿼크와 강입자 사이의 상호 작용을 담당합니다. 그것은 소우주에서 결정적입니다.
4. 약한 상호 작용 - 기본 입자 간의 다른 유형의 상호 작용을 담당합니다. - 핵의 모든 유형의 베타 붕괴, 중성미자와 물질의 상호 작용 과정, 많은 기본 입자 붕괴에 대한 책임. 그것은 소우주에서 나타납니다.
합리주의적 세계관은 모든 사건에 물질적 원인이 있다고 가정합니다. 물질적 신체(신체)의 영향입니다. 따라서 주변 세계에 대한 합리적인 설명 프로그램에는 메커니즘에 대한 아이디어가 포함됩니다. 상호 작용물질적 개체.
근거리의 개념상호 작용이 상호 작용하는 물체의 직접적인 접촉으로만 가능하다고 가정하고, 거리에 있는 모든 동작은 유한한 속도로 소위 상호 작용 캐리어라고 하는 물질 매개체를 통해 전달되어야 합니다.
장거리 개념물질체의 상호작용이 물질적 중개자를 필요로 하지 않고 즉시 전달될 수 있다고 가정합니다.
가까운 행동의 개념은 세상에 공허함이 없다고 확신했던 아리스토텔레스에 의해 제시되었습니다. 결과적으로 두 개의 상호 작용하는 몸체 사이에는 서로 인접한 많은 다른 몸체가 있으며 직접 접촉을 통해 상호 작용을 전달합니다.
17세기에 근거리 행동의 개념은 르네 데카르트에 의해 개발되었습니다. 데카르트의 역학에서 상호 작용은 압력이나 충격을 통해서만 발생합니다. 몸이 닿았을 때.
장거리 작용의 개념은 원자 사이의 상호 작용이 공극을 통해 전달되기 때문에 Democritus와 Leucippus의 원자론에서 추적되었습니다.
세계의 기계 그림에서, 창시자는 아이작 뉴턴(Isaac Newton)이었고, 장거리 행동의 개념이 채택되었지만 한 몸이 다른 몸에 작용하는 것은 항상 첫 번째에 대한 두 번째 작용, 즉 상호 작용이라고 믿어졌습니다.
에 후기 XIX에. 일어났다 새로운 생각- 필드의 아이디어, 주요 역할은 상호 작용의 전달입니다. Michael Faraday는 전자의 아이디어를 생각해 냈습니다. 자기장, 도체의 대전 및 물질의 자화 동안 상호 작용을 전달합니다. Maxwell은 이 아이디어를 개발하고 수학적으로 공식화했습니다. 따라서, 세계의 전자기 과학 그림의 핵심근거리의 개념이 있습니다. 필드를 사용하여 상호 작용을 전달하는 메커니즘은 다음과 같습니다. 상호 작용에 참여하는 신체는 반경을 가진 공간 영역을 차지하는 자신 주위에 장을 생성합니다. 반경과 동일상호 작용. 다른 몸체는 첫 번째 몸체와 직접 상호 작용하지 않지만 위치하는 지점에서 생성된 필드와 상호 작용합니다. 상호 작용하는 물체 중 하나의 상태가 변경되면 그에 의해 생성된 장의 섭동이 발생하여 파동의 형태로 전파되고 다른 물체에 도달한 다음에만 상태가 변경되기 시작합니다. 전자기 상호 작용을 전달하는 전자기장과 함께 세계의 전자기적 그림은 중력의 운반체인 중력장도 고려합니다.
에 현대 회화평화현장 아이디어 접수 추가 개발. 필드 상호 작용 메커니즘은 다음에서 지정되었습니다. 양자장 메커니즘. 현대 물리학의 관점에서 볼 때 물질의 모든 형태는 이산적입니다. 미립자 파동 이원론에 따르면 필드의 섭동 - 파동은 동시에 입자 세트 - 필드 양자로 간주 될 수 있습니다. 따라서 장에 의해 전달되는 상호 작용은 상호 작용하는 물체와 물질 입자 사이에서 장 양자를 교환하는 과정으로 간주됩니다. 상호작용하는 물체 사이에 교환되는 양자는 일반 입자가 아니라 가상 입자이다. 가상 입자는 존재하는 동안 감지하는 것이 불가능하다는 점에서 다릅니다. 그들의 존재와 속성은 전달된 상호 작용의 강도에 의해 간접적으로만 판단될 수 있습니다. 가상 입자를 직접 등록하는 것은 불가능합니다. 예를 들어, 가상 광자는 망막의 시각적 감각으로 등록될 수 없습니다. 가상 입자 교환의 언어로 상호 작용 메커니즘에 대한 설명은 배제하지 않고 보완합니다 고전적인 설명필드와 파도의 언어로. 따라서 과학에서 장거리 행동의 개념은 완전히 폐기 된 것으로 판명되었습니다.
장거리에서 단거리: 이론 전자기장.
자연의 다른 힘의 통일성에 대한 아이디어와 경험적 확인. XIX 세기 초. 전기와 자기 이론의 기초가 놓이기 시작합니다. 자연의 힘의 통일에 대한 이데올로기 적 아이디어는 여기서 중요한 역할을했습니다. 덴마크의 물리학자는 여기에서 시작되었습니다. H. C. 외르스테드(1777-1851), 철학 박사 학위를 받았습니다. 그의 관심은 자연력의 상호 영향에 대한 독일 자연 철학자 F. Schelling의 아이디어에 끌렸습니다. 1813년에 과학자는 "볼타 전기"와 자기 사이의 연결을 알아내기 위해 문제를 제기했습니다. 해결책은 1820년에 전류가 도체 주위에 자기장을 생성하여 자침에 영향을 미친다는 사실이 발견되었을 때 나왔습니다. 1821년 프랑스인 A. M. 암페르(1775-1836)) 전류로 서로 평행한 두 도체가 두 개의 자석처럼 행동한다는 것을 발견했습니다. 전류가 같은 방향으로 흐르면 도체가 끌어당기고 반대 방향의 경우 밀어냅니다. 영국의 물리학자 M. 패러데이 (1791-1867)역 관계의 문제를 제기했습니다. 자기장이 도체에 전류를 생성할 수 있습니까? 1831년에 그는 교류 자기장에 놓인 도체에 전류가 나타난다는 사실을 확인했습니다. 따라서 전자기 유도 현상이 발견되었습니다.
이 모든 경험적 법칙은 독일 물리학자의 수학적 이론에 의해 통합되었습니다. W. E. 웨버(1804-1891). 그것은 뉴턴과 관련된 장거리 힘의 아이디어를 기반으로했습니다. 중력, 중간 환경이 필요하지 않고 즉시 작동합니다. 물리학 커뮤니티에서 뉴턴의 권위는 너무 높아 과학자들은 힘의 작용 메커니즘에 대한 "가설을 만들지 말라"는 그의 부름을 맹목적으로 따랐습니다. 그러나 주로 패러데이의 경우에는 예외가 있었습니다.
인쇄소에서 바인더로 일하면서 Faraday는 독립적으로 물리학을 공부했으며 이러한 열정이 그를 과학으로 이끌었습니다. 신자로서 그는 "자연은 신에게서 온 것"이기 때문에 전기 현상과 자기 현상 사이의 관계를 확신했습니다. 독학으로 배운 틀에 얽매이지 않는 사고와 실험에 대한 재능은 그를 세계적인 과학자로 만들었습니다. 그는 당시의 복잡한 수학을 마스터하지 못했기 때문에 실험과 그 결과를 이해하는 데 온 힘을 쏟았습니다. 대학 학과를 지배했던 장거리 행동이라는 생각은 패러데이의 마음에 영향을 미치지 않았다. 또한 다양한 실험을 통해 전기력과 자기력의 단거리 작용을 확신하게 되었습니다. 이와 관련하여 도체의 움직임에 대한 사실이 특히 구별되었습니다 (자석 근처의 철 조각, 전류가 흐르는 전선 및 회로 등).
전기 및 자기의 경우 단거리 동작이 보편적입니다.. 패러데이의 혁신적인 사고는 자연의 물리적 그림에서 이데올로기적 변화를 예견했습니다. 장기 행동에 대한 뉴턴의 아이디어는 법 형성에 긍정적 인 역할을했습니다. 중력. 없을 때 필요한 사실그리고 적절한 수학 덕분에 과학자들이 성급한 추측성 중력 모델의 구성에 몰두할 수 없었습니다. 그러나 XIX 세기 전반부에. 상황이 바뀌기 시작했습니다. 물리학은 다양한 물질적 물체의 움직임에 대한 데카르트의 생각을 수용하게 되었으며, 매체는 근거리 힘의 운반체 역할을 합니다. 광학에서 뉴턴의 개념은 미묘한 매질의 진동 모델과 함께 빛의 파동 이론에 자리를 내주었습니다. 에 운동 이론열은 원자와 물질 분자의 운동 형태로 나타났습니다. 연속체 역학은 또한 데카르트 아이디어의 부활에 기여했습니다. 예리한 직관력을 가진 과학자들은 변화의 필요성을 가장 먼저 느꼈습니다. 예, 독일 연구원 에게. F. 가우스 (1777-1855)그의 학생인 B. Riemann은 전기역학적 힘이 순간적으로 작용하지 않고 빛의 속도와 같은 유한한 속도로 작용한다고 제안했습니다. 또한 XIX 세기 중반까지. 편미분에서 미분 방정식의 형태로 수학적 방법을 형성했습니다. 이 장치는 근거리 행동의 아이디어를 실현하는 데 필요했습니다. 유체 역학 및 열역학의 많은 방정식이 전기 역학에 적합한 것으로 판명되었습니다. 40~50년대. 근거리 행동의 원리를 기반으로 전기역학을 생성하는 문제가 의제에 있었고 Maxwell에 의해 해결되었습니다.
패러데이의 경험 법칙은 수학의 언어로 번역됩니다.. 맥스웰은 패러데이의 경험적 일반화를 출발 자료로 삼았습니다. 그는 그들에게 적절한 수학적 형식을 제공하는 것이 그의 주요 임무임을 보았습니다. 경험적 이미지를 수학 언어로 번역하는 데 특별한 창의성이 필요했기 때문에 이 작업은 형식적이지 않은 것으로 판명되었습니다. 따라서 Faraday는 전자기 유도를 분석하여 자기장의 변화가 소용돌이를 일으키는 "전자긴장 상태"에 대한 아이디어를 제시했습니다. 전기장.
필드 및 에테르. Faraday 유산에서 Maxwell은 또한 단거리 행동의 원칙과 필드의 아이디어를 취했습니다. 단거리 동작은 물질적 연속 매질에서 일어나야 하고 필드는 이 매질에서 정확하게 작용하기 때문에 그것들은 서로를 보완합니다. 사실, 패러데이는 그 장을 무한정 이해했고 그 매체를 기체 매체와 유사한 것으로 여겼습니다. Maxwell이 처음에 전기장 모델을 구축하여 비압축성, 관성 및 유동 저항을 경험하는 특수한 액체와 같은 매체에 배치한 것은 우연이 아닙니다. 나중에 에테르는 모든 공간을 채우고 모든 무거운 물체에 스며드는 매체로 고정되었습니다. 이 아이디어는 Maxwell이 과학적 영향을 받은 Thomson에 의해 널리 사용되었습니다. 여기서부터 그의 분야는 전기와 직접 연결되는 에테르의 영역이 되었다. 자기 현상: "... 전자기장은 전기적 또는 자기적 상태에 있는 신체를 포함하고 둘러싸는 공간의 일부입니다."
바이어스 전류의 사치. 장과 에테르의 개념은 이론의 핵심 요소인 변위 전류 가설을 이해하는 데 결정적인 역할을 했습니다. 패러데이의 실험에서는 도체를 통해 흐르는 전기로부터 먼 거리에서 효과가 관찰되었습니다. 통과 사실에 대해서도 동일한 설명이 필요했습니다. 교류커패시터의 두 판을 분리하는 절연체를 통해. 새로운 종의 인정으로 전류대칭 고려 사항이 역할을 할 수 있습니다. 전도 전류는 변위 전류로 보완됩니다. 그러나 후자의 움직임은 어떻게 가능합니까? 그리고 이것이 에테르가 작용한 곳입니다. 도체와 같이 희박성과 투과성이 큰 본체입니다. 에테르의 탄성 특성은 변수를 허용합니다. 전기장앞뒤로 움직입니다. 즉, 변동합니다. 이것은 파동 진동 과정의 형태를 가지며 도체 외부의 에테르로 전파되는 변위 전류입니다. 전도 전류와 마찬가지로 자기장을 생성할 수 있습니다. 유도 법칙에 따르면 교류 자기장은 교류 전기장을 생성합니다. Maxwell은 그의 이론을 통해 완전한 상호 작용을 승인했습니다. 전도 전류 또는 변위 전류를 기반으로 하는 모든 교류 전기장은 자기장을 생성합니다. 전자기장의 통일된 특성을 구성하는 동적 필드의 상호 영향의 대칭이 있습니다.
전자기장으로서의 빛. Maxwell의 이론은 빛의 본질을 더 잘 이해하는 데 도움이 되었습니다. 고대부터 빛은 직선으로 움직이는 매우 작은 입자의 흐름이라는 미립체(라틴어 corpusculum-body) 가설이 있었습니다. 또 다른 가정에 따르면 빛은 길이가 매우 짧은 파동입니다. XIX 세기 초. E. Jung과 O. Fresnel은 파동 가설을 지지하는 설득력 있는 주장을 제시했습니다. 측정 결과 빛의 속도는 약 300,000km/s인 것으로 확인되었습니다.
전자기장은 빛만이 아니다.. Maxwell의 이론에 따르면 전자기파도 300,000km/s의 속도로 전파됩니다. 속도의 일치와 빛의 파동 이론은 과학자로 하여금 빛을 전자기 과정에 기인한다고 생각하게 만들었습니다. 전기장과 자기장의 연속적인 교대로서의 빛의 이론은 오래된 사실을 잘 설명했을 뿐만 아니라 알려지지 않은 현상을 예측했습니다. 가시광선 외에도 적외선, 자외선 및 기타 유형의 파동이 있어야 합니다. 빛은 또한 물질에 일정한 압력을 가해야 합니다.
숙련된 감지 전자파 . 맥스웰의 이론은 1873년 전기와 자기에 관한 논문으로 발표되었습니다. 거의 모든 물리학자들은 그것에 대해 회의적이었고 변위 전류 가설은 특별한 거부를 일으켰습니다. Weber와 Helmholtz의 이론에는 그러한 이국적인 아이디어가 없었습니다. 이런 상황에서 과감한 실험의 증거가 필요했고, 그것이 이루어졌다. 1887년 독일의 물리학자 G. 헤르츠 (1857-1894)전자파 발생기를 만들고 수신을 수행했습니다. 따라서 신비한 "편향 전류"가 발견되어 새로운 관행 (라디오, 텔레비전)의 전망을 열었습니다. 1895년 독일의 물리학자 V.K. 뢴트겐은 X선이라는 새로운 방사선을 발견했고, 그보다 더 높은 주파수의 전자기파로 밝혀졌습니다. 자외선. 1900년 러시아 과학자 P. N. 레베데프(1866-1912)통해 미묘한 실험광파의 압력을 발견하고 그 크기를 측정했습니다. 이 모든 과학적 실천은 맥스웰의 이론을 자연의 진정한 이미지로 분명히 지적했습니다.
물질은 물질이고 전자기장이다. 맥스웰의 이론은 근본적인 성격 때문에 자연에 대한 과학적 그림에 큰 영향을 미쳤습니다. 물질 관념의 장기적 독점이 무너지고 전자기장의 개념을 통해 물리적 장의 관념이 다음과 같이 형성되기 시작했다. 독립종문제. 자연의 단일성을 발견하는 프로그램은 놀라운 결과를 얻었습니다. 이전의 전기와 자기의 차이는 단일 전자기 과정으로 자리 잡았습니다. Maxwell은 수학적 가설의 높은 휴리스틱 능력을 보여주고 수학과 물리학의 합성의 예를 제공했습니다. 새로운 전기 역학은 고전 물리학의 최고 업적이 되었습니다.
작업.
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4. 마키스트와 에너제티스트가 원자론을 비판한 이유는 무엇입니까?
5. 라플라스 결정론의 입장에서 통계적 규칙성을 인식하는 것이 가능한가?
6. Maxwell의 전기역학은 어떤 새로운 아이디어를 가져왔습니까?
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이미 고대 세계에서 사상가들은 공간과 시간의 본질과 본질에 대해 생각했습니다. 일부 철학자들은 빈 공간의 존재 가능성, 또는 그들이 말했듯이 존재하지 않을 가능성을 부인했습니다. 이들은 Eleatic 학교의 대표자였습니다. 고대 그리스 - 파르메니데스와 제노.데모크리토스를 비롯한 다른 철학자들은 공극이 원자처럼 존재하며 원자의 움직임과 연결에 필요하다고 주장했습니다.
16세기까지 프톨레마이오스의 지구 중심적 체계는 자연 과학을 지배했습니다.그것은 시간이 무한하고 공간이 유한한 세계 최초의 보편적인 수학적 모델이었습니다. 로터리 순환 천체휴식하는 지구 주위에. 공간 및 전체 물리적 그림의 급격한 변화는 다음과 같이 대표되는 세계의 태양 중심 시스템에서 발생했습니다. 코페르니쿠스.그는 지구의 이동성을 인식하고 우주의 중심으로서의 고유성에 대한 기존의 모든 아이디어를 거부하고 우주의 무한함과 무한함을 인식하는 쪽으로 과학적 사고의 움직임을 지시했습니다. 이 아이디어는 철학에서 개발되었습니다 지오다노 브루노,우주는 무한하고 중심이 없다는 결론을 내렸습니다.
공간에 대한 아이디어 개발에서 중요한 역할은 열린 사람에 의해 수행되었습니다. 갈릴레오관성의 원리. 이 원리에 따르면 모든 물리적(기계적) 현상은 크기와 방향이 일정한 속도로 균일하고 직선적으로 움직이는 모든 시스템에서 동일한 방식으로 발생합니다.
공간 및 시간 개념의 추가 개발은 세계의 물리적 및 우주적 그림과 관련됩니다. R. 데카르트.그는 모든 자연 현상이 소립자의 기계적 작용으로 설명된다는 아이디어에 기초했습니다. 입자가 서로 접촉하여 물리학에 도입될 때의 압력 또는 충격의 형태로 데카르트가 표현한 바로 그 충격 가까운 거리.
세계의 새로운 물리적 그림은 고전 역학으로 제시되었습니다. I. 뉴턴.그는 행성계의 조화로운 그림을 그리고 행성 운동에 대한 엄격한 양적 이론을 제시했습니다. 그의 역학의 정점은 자연의 보편적 법칙을 선언한 중력 이론이었습니다. 중력의 법칙. 이 법칙에 따르면 두 물체는 질량에 정비례하고 거리의 제곱에 반비례하는 힘으로 서로를 끌어당깁니다.
이 법칙은 다음 공식으로 표현됩니다.
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이 법칙은 중력의 시간 의존성에 대해 아무 말도 하지 않습니다. 중력의 힘은 순수하게 수학적으로 장거리라고 부를 수 있습니다.그것은 상호 작용하는 물체를 순간적으로 연결하며 그 계산에는 상호 작용을 전달하는 매체에 대한 가정이 필요하지 않습니다.
만유인력의 법칙을 우주 전체로 확장한 뉴턴은 가능한 구조도 고려했습니다. 그는 우주가 무한하다는 결론에 도달했습니다. 이 경우에만 무게 중심과 같은 많은 우주 물체를 포함할 수 있습니다. 뉴턴의 우주 모델의 틀 내에서 중력으로 연결된 우주 물체가 있는 무한 공간에 대한 아이디어가 확립되었습니다. 만유인력의 법칙과 수학적인 형태로 유사한 18세기 후반에 뒤따른 전기 및 정자기학의 기본 법칙의 발견은 과학자들의 마음에 장거리 힘에 대한 아이디어를 더욱 확증했습니다. 거리에만 의존하지만 시간에는 의존하지 않습니다.
근거리 행동의 아이디어로의 전환은 Faraday 및 Maskwell의 아이디어와 관련이 있습니다.전자기장의 개념을 독립적인 물리적 현실로 발전시킨 사람입니다. 이를 위한 출발점은 단거리 상호작용과 모든 상호작용의 유한한 전파 속도에 대한 인식이었습니다.
파동 전자기장이 방전으로부터 떨어져 우주 공간에서 독립적으로 존재하고 전파될 수 있다는 결론은 터무니없게 보였다. Maxwell 자신은 완고하게 자신의 방정식을 다음과 같이 유도하려고 했습니다. 기계적 성질에테르. 그러나 Hertz가 실험적으로 전자기파의 존재를 발견했을 때 이것은 Maxwell 이론의 타당성을 입증하는 결정적인 증거로 받아들였습니다. 순간적인 장거리 행동의 자리는 유한한 속도로 전달되는 단거리 행동에 의해 취해졌다.
근접 동작은 서로 떨어져 있는 물체 사이의 상호 작용이 중간 매체(필드)의 도움으로 수행되고 유한 속도로 수행되는 표현입니다. 18세기 초에 근거리 작용 이론과 동시에 반대되는 장거리 작용 이론이 탄생했는데, 이 이론에 따르면 신체는 매개체 없이 공허를 통해 어떤 거리에서도 서로 작용한다. 상호 작용은 무한히 빠른 속도로 수행됩니다(그러나 특정 법칙을 따릅니다). 장거리 작용의 예는 I. Newton의 고전 중력 이론에서 만유인력의 힘으로 간주될 수 있습니다.
M.V. Lomonosov는 단거리 행동 이론의 창시자 중 한 명으로 간주됩니다. Lomonosov는 신체가 다른 신체에 즉시 작용할 수 없다고 믿었던 장거리 이론의 반대자였습니다. 그는 전기적 상호작용이 모든 빈 공간, 특히 "무게"를 구성하는 입자 사이의 공간, 즉 물질을 채우는 특수 매체 "에테르"를 통해 신체에서 신체로 전달된다고 믿었습니다. 전기적 현상, Lomonosov에 따르면, 에테르에서 발생하는 특정 미시적 움직임으로 간주되어야 합니다. 자기 현상에도 동일하게 적용됩니다.
그러나 Lomonosov와 L. Euler의 이론적 아이디어는 그 당시에는 발전할 수 없었습니다. 그 형태가 만유인력의 법칙과 같은 쿨롱의 법칙이 발견된 후, 장거리 작용 이론은 단거리 작용 이론을 완전히 대체합니다. 그리고 19세기 초에야 M. Faraday가 단거리 행동 이론을 부활시켰습니다. 패러데이에 따르면, 전기 요금서로 직접적인 영향을 미치지 않습니다. 그들 각각은 주변 공간에 전기장과 자기장(움직이면)을 생성합니다. 한 전하의 필드는 다른 전하에 작용하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 단거리 행동 이론에 대한 일반적인 인식은 19세기 후반에 시작됩니다. 패러데이의 아이디어에 물리학에 필요한 정확한 양적 형태를 부여한 J. Maxwell의 이론에 대한 실험적 증명 이후입니다. 전자기장의 방정식 시스템.
단거리 행동 이론과 장거리 행동 이론의 중요한 차이점은 존재 최고 속도상호 작용의 전파 (장, 입자) - 빛의 속도. 현대 물리학에서 물질은 상호작용의 입자-참가자(또는 소스)(물질이라고 함)와 입자-상호작용의 운반자(장이라고 함)로 명확하게 구분됩니다. 기본 상호 작용의 네 가지 유형 중 세 가지가 담체 입자의 존재에 대한 신뢰할 수 있는 실험적 검증(강, 약 및 전자기 상호 작용)을 받았습니다. 현재 중력 상호 작용의 운반체를 감지하려는 시도가 이루어지고 있습니다.
외르스테드(Oersted), 패러데이(Faraday), 맥스웰(Maxwell), 헤르츠(Hertz), 포포프(Popov)의 연구와 업적 덕분에 물질은 물질의 형태뿐만 아니라 장의 형태로도 존재한다는 것이 밝혀졌습니다. 전자기장의 현실 인식은 물리학의 승리를 의미 근거리 개념 19세기의 기준을 넘어선다. 장거리 개념. 이러한 개념의 본질을 살펴보겠습니다.
장거리 및 단거리 - 설명을 위해 설계된 반대 개념 일반 캐릭터물리적 개체의 상호 작용.
뉴턴이 만유인력 법칙을 발견한 직후, 쿨롱이 전하의 정전기적 상호작용 법칙을 발견한 직후, 철학적 질문이 제기되었습니다. 질량을 가진 물체가 왜 빈 공간을 통해 멀리 떨어져서 서로 작용하는지, 그리고 전하를 띤 물체가 상호 작용하는 이유 전기적으로 중성인 환경에서도? 현장 개념이 도입되기 전에는 이러한 질문에 대한 만족스러운 답변이 없었습니다. 오랫동안 신체 간의 상호 작용은 상호 작용의 전달과 상호 작용의 전달에 참여하지 않는 빈 공간을 통해 직접 수행 될 수 있으므로 즉시 발생한다고 믿어졌습니다. 이 가정은 개념의 본질입니다 장거리시간과 공간을 초월한 행동을 허용합니다. 뉴턴 이후 이 개념은 폭넓은 사용물리학에서 Newton 자신은 자신이 도입한 장거리 힘(예: 중력)이 관찰된 현상에 대해 어느 정도 정확한 설명을 제공할 수 있게 해주는 형식적인 장치일 뿐임을 이해했습니다.
전기와 자기에 대한 연구에서, Faraday의 연구 직전에 장거리 작용의 개념은 지배적인 장기상호 작용하는 신체가 접촉해야 하는 긴밀한 상호 작용의 기계적 개념. 이 승리는 많은 중요한 이론과 법칙(쿨롱의 법칙, 암페르의 전기역학)으로 이어졌습니다. 그러나 XIX 세기 중반까지. 전기 역학에서 장거리 작용을 포기할 필요가 있다는 아이디어, 단거리 작용 원리 및 전자기 교란 전파의 유한 속도에 대한 인식이 과학자들의 마음을 차지하기 시작했지만(Gauss, Riemann) Maxwell을 제외하고 아무도 이 아이디어를 개발하여 과학 이론 수준으로 가져오지 않았습니다.
개념 짦은 거리물질적 물체에 대한 어떤 충격도 유한한 시간 동안 공간의 주어진 지점에서 가장 가까운 이웃 지점으로만 전달될 수 있다고 주장합니다. Maxwell의 전자기 이론에서 전하를 띤 물체의 상호 작용은 순간적이지 않고 진공에서 빛의 속도와 같은 유한한 속도로 이루어짐이 증명되었습니다. 300000km/s.
따라서 물리적 필드 개념의 개발은 전자기뿐만 아니라 다른 유형의 상호 작용으로 확장되는 단거리 상호 작용의 개념을 강화하는 데 기여했습니다.
특수 상대성 이론에서 공간과 시간 개념의 발전
세계의 기계론적 그림에서 개념은 우주그리고 시각움직이는 물질의 성질에 관계없이 고려된다. 그 안에서 공간은 움직이는 몸을 위한 일종의 용기로 작용하고 시간은 매개변수로 작용하며 그 부호는 반전될 수 있습니다. 세계에 대한 기계론적 그림의 또 다른 특징은 그 안에서 물질 존재의 형태로서의 공간과 시간이 별도로 그리고 별도로 연구되어 그 결과 연결이 확립되지 않는다는 것입니다.
상대성 원리
세계의 기계론적 그림이 자연과학을 지배하고 모든 자연현상의 설명을 역학의 법칙으로 환원시키는 경향이 있었을 때, 상대성 원리, 고전 역학의 틀에서 갈릴레오가 공식화한 것은 의심의 여지가 없었습니다. 물리학자들이 전기적, 자기적, 광학적 현상에 대한 연구를 이해하게 되자 상황은 극적으로 바뀌었습니다. Maxwell은 이러한 모든 현상을 통합 전자기 이론의 틀 내에서 통합했습니다. 이와 관련하여 자연스럽게 문제가 생겼습니다. 상대성 원리는 전자기 현상에도 유효합니까?
1905년 프랑스의 수학자이자 물리학자인 A. Poincaré(1854-1912)는 상대성 원리를 기계 및 전자기 현상에도 유효한 일반 물리 법칙으로 공식화했습니다. 이 원리에 따르면 물리적 현상의 법칙은 정지해 있는 관찰자와 균일한 상태의 관찰자 모두에게 동일해야 합니다. 직선 운동. 상대성 원리에 기초하여 공간과 시간에 대한 새로운 물리 이론이 개발되었습니다. .
A. 푸앵카레는 모든 관성 좌표계의 평등 원리가 전자기 현상에도 적용되어야 한다고 제안한 최초의 사람입니다. 상대성 원리는 모든 자연 현상에 적용됩니다. 이에 대한 개념을 재고할 필요가 있었다. 우주그리고 시각. 그러나 Poincare는 이에 대한 필요성을 나타내지 않았습니다. 이것은 A. Einstein(1979-1955)에 의해 처음 수행되었습니다.
특수 상대성 이론- 공간과 시간을 물질의 존재와 밀접하게 관련된 형태로 간주하는 물리 이론. 특수 상대성 이론은 1905-1908년에 만들어졌습니다. 광학 및 관련 실험 데이터 분석을 기반으로 H. Lorentz, A. Poincaré, A. Einstein 및 G. Minkowski의 작품 전자기 현상, 다음 가정에 의해 일반화됩니다.
· 상대성 원리이에 따르면 모든 자연법칙은 모든 면에서 동일해야 한다. 관성 시스템참조;
· 빛의 속도 불변의 원리, 이에 따르면 진공에서 빛의 속도는 모든 관성 기준 좌표계에서 동일하고 광원과 수신기의 움직임에 의존하지 않습니다.
아인슈타인의 공식화에서 상대성 원리는 갈릴레오의 상대성 원리의 일반화이며, 기계적 움직임. 이 원리는 움직이는 물체의 전기역학 및 광학과 관련된 일련의 전체 실험에서 비롯됩니다.
XIX 세기의 80 년대에 Michelson의 정확한 실험. 전자기파가 전파되는 동안 속도가 합산되지 않는다는 것을 보여주었습니다. 예를 들어 속도가 다음과 같은 기차의 이동 방향을 따라 v1, 빠른 속도로 빛 신호를 보내다 v2, 진공에서 빛의 속도에 가깝다면 플랫폼에 대한 신호의 속도는 합보다 작습니다. v1+v2그리고 일반적으로 진공에서 빛의 속도를 초과할 수 없습니다. 전파 속도 빛 신호광원의 속도에 의존하지 않습니다. 이 사실은 갈릴레오의 상대성 원리와 충돌하게 되었습니다.
빛의 속도 불변성의 원리는 예를 들어 회전하는 태양의 반대쪽에서 빛의 속도를 측정하여 확인할 수 있습니다. 태양의 한쪽 가장자리는 항상 우리를 향해 움직이고 다른 쪽 가장자리는 반대 방향으로 움직입니다. 광원의 움직임에도 불구하고 진공에서 빛의 속도는 항상 동일하고 동일합니다. s=300000km/s.
이 두 원리는 고전 물리학의 주요 개념의 관점에서 서로 모순됩니다.
딜레마가 발생했습니다. 빛의 속도 불변 원리나 상대성 원리를 거부하는 것입니다. 첫 번째 원칙은 매우 정확하고 모호하지 않게 설정되어 있어 이를 거부하는 것이 명백히 정당화되지 않으며, 게다가 자연 과정에 대한 설명이 지나치게 복잡해집니다. 전자기 과정의 분야에서 상대성 원리가 거부될 때 어려움이 덜 발생합니다.
상대성 원리와 빛의 속도 불변의 법칙 사이의 명백한 모순은 아인슈타인에 따르면 고전 역학이 "정당화되지 않은 두 가지 가설"에 의존했기 때문에 발생합니다.
두 사건 사이의 시간 간격은 기준 프레임의 움직임 상태에 의존하지 않습니다.
두 점 사이의 공간적 거리 입체기준 프레임의 움직임 상태에 의존하지 않습니다.
이러한 겉보기에 아주 명백한 가설에 기초하여, 고전 역학은 시간 간격과 거리의 값이 절대값, 즉 절대값을 갖는다는 것을 암묵적으로 인식했습니다. 기준체의 운동 상태에 의존하지 마십시오. 균일하게 움직이는 자동차의 사람이 예를 들어 1초에 1미터의 거리를 통과하면 1초에 노반과 관련하여 동일한 경로도 통과하게 됩니다. 유사하게, 쉬고 있는 기준틀과 움직이는 기준틀에서 신체의 공간적 차원은 동일하게 유지된다고 믿었습니다. 그리고 일반 의식과 상식의 관점에서 볼 때 이러한 가정은 자명해 보이지만 그럼에도 불구하고 새롭고 특수 상대성 이론의 결론을 확인하는 신중하게 수행된 실험의 결과에는 동의하지 않습니다.
3.4.2. 로렌츠 변환
아인슈타인은 특수 상대성 이론을 연구할 때 상대성 원리를 포기하지 않고 오히려 더 많은 일반적인 형태. 동시에 공간과 시간에 대한 이해를 한 마디로 근본적으로 변화시킬 필요가 있었다. 신설물체 사이의 시공간적 관계의 변화.
한 좌표계에서 다른 좌표계로의 전환에서 공간 좌표와 시간의 변환이 충족해야 하는 조건을 고려해 보겠습니다. 거리와 시간의 절대적 성질에 대한 고전역학의 가정을 받아들인다면 갈릴레이 변환이라고 하는 변환 방정식은 다음과 같은 형식을 갖게 됩니다.
x = x' + vt',
y = y',
z = z',
t = t'.
그러나 빛의 속도 불변의 원리를 인식하려면 갈릴레이 변환을 이 원리와 모순되지 않는 다른 공식으로 대체해야 했습니다. 아인슈타인은 속도 불변의 원리와 모순되지 않는 그러한 변환이 이른바 로렌츠 변환, 네덜란드 물리학자 H. A. Lorenz(1853-1928)의 이름을 따서 명명되었습니다.
한 기준 좌표계가 다른 좌표계에 대해 x축을 따라 균일하고 직선적으로 움직이는 경우 엑스, 시간 변환을 포함한 로렌츠 변환 공식은 다음과 같은 형식을 갖습니다.
x \u003d (x '+ vt ') / (1-v 2 / c 2) 1/2 ,
y = y',
z = z',
t \u003d (t' + vx' / c 2) / (1-v 2 / c 2) 1/2 ,
어디 V좌표계의 이동 속도입니다. (x',y',z')좌표계를 기준으로 (x,y,z), 씨빛의 속도입니다.
로렌츠 변환을 기반으로 길이 방향으로 움직이는 단단한 자는 고정된 자의 것보다 짧고 더 빨리 움직이는 것은 더 짧다는 것을 쉽게 확인할 수 있습니다. 실제로 로렌츠 변환의 첫 번째 방정식을 사용하여 고정된 기준 좌표계에 대한 움직이는 자의 길이를 얻습니다. 내가 \u003d 내가 0 (1–v 2 / c 2) 1/2, 어디 내가 0 -눈금자와 연결된 참조 시스템의 눈금자의 길이입니다.
상대론적 역학
특수 상대성 이론~에서 왔어요 전기역학내용을 거의 변경하지 않았지만 다른 한편으로는 이론적 구성을 크게 단순화했습니다. 법칙의 유도, 그리고 가장 중요한 것은 그 기저에 깔린 독립적인 가설의 수를 줄이는 것입니다.
와 함께 고전역학경우가 좀 다릅니다. 특수 상대성 이론의 가정과 일치하기 위해 고전 역학은 약간의 변화가 필요합니다. 이러한 변화는 주로 빠른 동작의 법칙, 즉 빛의 속도에 버금가는 움직임. 일반적인 지상 조건에서 우리는 빛의 속도보다 훨씬 느린 속도에 직면하므로 상대성 이론이 수행해야 하는 수정은 극히 적으며 많은 경우에 실제로 무시할 수 있습니다.
기반으로 한 새로운 역학 아인슈타인의 특수 상대성 원리상대성 원리와 상호 작용 전파의 최대 속도의 유한성에 대한 진술의 조합인 , 상대론적 역학.
상대론적 역학의 주요 결론은 물체의 질량이 중, 길이 엘및 이벤트 기간 Dt몸의 속도 비율 값에 의존 V빛의 속도로 씨다음 공식으로 정의됩니다.
m \u003d m 0 / (1 - v 2 / c 2) 1/2,
내가 \u003d 내가 0 (1 -v 2 / c 2) 1/2,
Dt \u003d Dt 0 / (1 - v 2 / c 2) 1/2,
어디 m 0 , l 0 , Dt 0신체의 질량, 길이 및 신체와 관련된 참조 프레임에서 이벤트의 지속 시간입니다.
예를 들어 두 대의 우주선이 상대 운동 상태에 있는 경우 각 우주선의 관찰자는 다른 우주선이 운동 방향으로 수축하는 것을 볼 수 있고 우주 비행사는 체중이 감소하고 천천히 움직입니다. 주기적인 운동을 하는 모든 현상은 느려지는 것처럼 보일 것입니다 - 진자의 운동, 원자의 진동 등. 정상 속도에서 이러한 변화는 매우 작습니다. 지구는 태양 주위를 일정한 속도로 움직입니다 30km/h, 태양과 관련하여 정지해 있는 관찰자에게는 몇 센티미터만 축소되는 것처럼 보일 것입니다. 상대 속도가 매우 크면 변화가 두드러집니다.
길이와 시간의 변화 외에도 상대론적 역학은 다음을 제공합니다. 상대론적 질량 변화 .
물체에 주어진 가속도를 부여하는 데 필요한 힘을 측정하여 결정되는 물체의 질량을 관성 질량. 관찰자에게 우주선어떤 물체에 대해 상대적으로 쉬고 있을 때, 이 물체의 관성 질량은 선박의 속력에 관계없이 동일하게 유지됩니다. V나머지 질량이라고 합니다. 지구상의 관찰자에 대한 이 물체의 관성 질량을 상대론적 질량이라고 하며 관찰자와 관찰 대상의 상대 속도에 따라 달라집니다. 물체의 속도가 빛의 속도에 가까워지면 질량은 무한정 증가하고 한계에 도달하면 무한대에 도달합니다. 따라서 상대성 이론에 따르면 빛의 속도를 초과하는 속도로 운동하는 것은 불가능합니다.
상대론적 역학으로부터 질량과 에너지의 관계 법칙을 도출할 수 있는데, 이는 핵 물리학:
E \u003d mc 2,
어디 중- 체질량, 이자형-그의 에너지.
상대론적 역학의 주요 결론에 대한 실험적 검증은 아인슈타인의 특수 상대성 이론을 입증하는 데 사용되며, 이는 광속에 가까운 속도로 움직이는 입자를 다루는 원자 과학자의 실험실에서 매일 확인됩니다. 빛의 속도에 필적하는 속도로 운동하는 것은 전자의 예에서 처음으로 관찰되었고 다른 소립자에서는 관찰되었습니다. 이러한 입자를 사용하여 신중하게 설계된 실험은 속도가 증가함에 따라 질량이 증가한다는 특수 상대성 이론의 예측을 실제로 확인했습니다.
정상 속도로 V<< c 상대론적 역학은 뉴턴의 고전 역학으로 이어집니다. 예를 들어 지구 위성의 속도에서도 대략적으로 8km/s, 질량에 대한 보정은 약 20억분의 1이 될 것입니다. 1928년 영국의 물리학자 P. Dirac은 특수 상대성 이론과 양자 역학(미세 입자 역학)을 결합하여 상대론적 양자역학빛의 속도에 가까운 속도로 미세 입자의 움직임을 설명합니다.
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