Vielu mijiedarbība - neatsavināms īpašums matērija, kas darbojas kā matērijas kustības cēlonis.

Fundamentālās mijiedarbības- dažādi, nereducējami mijiedarbības veidi elementārdaļiņas un no tiem veidotos ķermeņus.

Ir četri mijiedarbības veidi:

1. Gravitācijas mijiedarbība - atbild par mijiedarbību starp ķermeņiem, kuriem ir masa. Tas ir noteicošais mega pasaulē – planētu, zvaigžņu, galaktiku pasaulē.

2. Elektromagnētiskā mijiedarbība - atbild par elektriski lādētu daļiņu un ķermeņu mijiedarbību. Būtiski makrokosmosā un atomu parādībās. Nosaka atomu un molekulu uzbūvi un īpašības.

3. Spēcīga mijiedarbība - atbild par kvarku un hadronu mijiedarbību, par nukleonu savienojumu kodolā. Tas ir izšķirošs mikrokosmosā.

4. Vāja mijiedarbība - atbildīga par cita veida mijiedarbību starp elementārdaļiņām - visa veida kodolu beta sabrukšana, neitrīno mijiedarbības procesi ar vielu, daudzām elementārdaļiņu sabrukšanām. Tas izpaužas mikrokosmosā.

Racionālistiskais pasaules uzskats pieņem, ka jebkuram notikumam ir materiāls cēlonis: materiālā ķermeņa (ķermeņu) ietekme. Tāpēc jebkura apkārtējās pasaules racionāla skaidrojuma programma ietver idejas par mehānismiem mijiedarbības materiālie objekti.

Tuva diapazona jēdziens pieņem, ka mijiedarbība ir iespējama tikai ar tiešu mijiedarbību objektu saskarsmi, jebkura darbība attālumā ir jāpārraida caur materiāliem mediatoriem, tā sauktajiem mijiedarbības nesējiem, ar ierobežotu ātrumu.

Liela diapazona koncepcija pieņem, ka materiālo ķermeņu mijiedarbībai nav nepieciešams materiāls starpnieks un to var pārraidīt uzreiz.

Tuvas darbības koncepciju izvirzīja Aristotelis, kurš bija pārliecināts, ka pasaulē nav tukšuma. Līdz ar to starp jebkuriem diviem mijiedarbojošiem ķermeņiem blakus atrodas vairāki citi ķermeņi, kas pārraida mijiedarbību tiešā kontaktā.

17. gadsimtā maza attāluma darbības koncepciju izstrādāja Renē Dekarts. Dekarta mehānikā mijiedarbība notiek tikai caur spiedienu vai triecienu, t.i. kad ķermeņi saskaras.

Tāla darbības jēdziens tika izsekots Demokrita un Leikipa atomu teorijā, jo mijiedarbība starp atomiem tika pārraidīta caur tukšumu.

Pasaules mehāniskajā attēlā, kura dibinātājs bija Īzaks Ņūtons, tika pieņemts liela attāluma darbības jēdziens, savukārt tika uzskatīts, ka viena ķermeņa darbība uz otru vienmēr ir otrā darbība uz pirmo, tas ir, mijiedarbība.

AT XIX beigas iekšā. radās jauna ideja- lauka ideja, kuras galvenā loma ir mijiedarbības nodošana. Maikls Faradejs nāca klajā ar ideju par elektro magnētiskais lauks, kas pārraida mijiedarbību vadītāju elektrifikācijas un vielas magnetizācijas laikā. Maksvels izstrādāja un matemātiski formalizēja šo ideju. Tādējādi pasaules elektromagnētiskā zinātniskā attēla centrā slēpjas tuva diapazona jēdziens. Mijiedarbības pārsūtīšanas mehānisms, izmantojot lauku, ir šāds. Ķermenis, kas piedalās mijiedarbībā, rada ap sevi lauku, kas aizņem telpas laukumu ar rādiusu vienāds ar rādiusu mijiedarbības. Citi ķermeņi mijiedarbojas nevis tieši ar pirmo ķermeni, bet gan ar tā radīto lauku punktos, kur tie atrodas. Viena mijiedarbojošā ķermeņa stāvokļa maiņa izraisa tā radītā lauka traucējumus, kas izplatās viļņa veidā, sasniedz citus ķermeņus, un tikai tad to stāvoklis sāk mainīties. Līdzās elektromagnētiskajam laukam, kas nes elektromagnētisko mijiedarbību, pasaules elektromagnētiskajā attēlā tiek ņemts vērā arī gravitācijas lauks - gravitācijas spēku nesējs.

AT mūsdienu glezniecība miers lauka ideja saņemta tālākai attīstībai. Lauka mijiedarbības mehānisms tika norādīts kvantu lauka mehānisms. No mūsdienu fizikas viedokļa visas matērijas eksistences formas ir diskrētas. Lauka perturbācija - vilnis - saskaņā ar korpuskulāro-viļņu duālismu, vienlaikus var tikt uzskatīta par daļiņu kopumu - lauka kvantiem. Tāpēc lauka veiktā mijiedarbība tiek uzskatīta par lauka kvantu apmaiņas procesu starp mijiedarbīgiem ķermeņiem un vielas daļiņām. Kvanti, ar kuriem apmainās starp mijiedarbojošiem ķermeņiem, nav parastas daļiņas, bet gan virtuālas daļiņas. Virtuālās daļiņas atšķiras ar to, ka pastāvēšanas laikā tās nav iespējams noteikt. Par to esamību un īpašībām var spriest tikai netieši – pēc pārnestās mijiedarbības stipruma. Nav iespējams tieši reģistrēt virtuālo daļiņu. Piemēram, virtuālo fotonu nevar reģistrēt ar vizuālu sajūtu uz tīklenes. Mijiedarbības mehānisma apraksts virtuālo daļiņu apmaiņas valodā nevis izslēdz, bet gan papildina klasisks apraksts lauku un viļņu valodā. Tādējādi liela attāluma darbības jēdziens zinātnē izrādījās pilnībā atmests.

No liela attāluma līdz mazam diapazonam: teorija elektromagnētiskais lauks.

Ideja par dažādu dabas spēku vienotību un tās empīrisks apstiprinājums. XIX gadsimta sākumā. sāk likt elektrības un magnētisma teorijas pamatus. Šeit svarīga loma bija ideoloģiskajai idejai par dabas spēku vienotību. Šeit sāka dāņu fiziķis H. C. Oersted (1777-1851), kurš ieguvis filozofijas doktora grādu. Viņa uzmanību piesaistīja vācu dabas filozofa F. Šellinga ideja par dabas spēku savstarpējo ietekmi. 1813. gadā zinātnieks izvirzīja problēmu - noskaidrot saikni starp "voltaisko elektrību" un magnētismu. Risinājums radās 1820. gadā, kad tika atklāts, ka elektriskā strāva ap vadītāju rada magnētisko lauku, kas iedarbojas uz magnētisko adatu. 1821. gadā francūzis A. M. Ampērs (1775-1836) atklāja, ka divi vadi, kas ir paralēli viens otram ar elektrisko strāvu, uzvedas kā divi magnēti: ja strāvas iet vienā virzienā, tad vadītāji pievelk, pretējos virzienos – atgrūž. angļu fiziķis M. Faradejs (1791-1867) radīja apgrieztās attiecības problēmu: vai magnētiskais lauks var radīt strāvu vadītājā? 1831. gadā viņš konstatēja, ka vadītājā, kas novietots mainīgā magnētiskajā laukā, parādās strāva. Tādējādi tika atklāta elektromagnētiskās indukcijas parādība.

Visus šos empīriskos likumus apvienoja vācu fiziķa matemātiskā teorija V. E. Vēbers (1804-1891). Tā pamatā bija ideja par liela attāluma spēkiem, kas ir saistīti ar Ņūtona spēku gravitācijas spēks, kam nav nepieciešama starpvide un kas iedarbojas uzreiz. Ņūtona autoritāte fizikas aprindās bija tik augsta, ka zinātnieki akli sekoja viņa aicinājumam "neizgudrot hipotēzes" par spēku darbības mehānismu. Un tomēr bija izņēmumi, galvenokārt Faradeja personā.

Strādājot par saistvielu tipogrāfijā, Faradejs patstāvīgi studēja fiziku, un šī aizraušanās viņu noveda pie zinātnes. Būdams ticīgs, viņš bija pārliecināts par saistību starp elektriskajām un magnētiskajām parādībām, jo ​​"daba ir viena no Dieva". Autodidakta netradicionālā domāšana un eksperimentēšanas talants padarīja viņu par pasaules līmeņa zinātnieku. Viņš nepārvaldīja sava laika sarežģīto matemātiku, tāpēc visus savus spēkus veltīja eksperimentiem un to rezultātu izpratnei. Tāla darbības ideja, kas dominēja universitātes nodaļās, Faradeja prātu neietekmēja. Turklāt dažādi eksperimenti viņu pārliecināja par elektrisko un magnētisko spēku darbību nelielā attālumā. Šajā sakarā īpaši tika izcelti vadītāju kustības fakti (dzelzs vīles magnēta tuvumā, vadi un ķēdes ar strāvu utt.)

Elektrībai un magnētismam maza darbības rādiusa darbība ir universāla. Faradeja novatoriskā domāšana paredzēja ideoloģiskas pārmaiņas dabas fiziskajā attēlā. Ņūtona idejai par ilgtermiņa darbību bija pozitīva loma likuma veidošanā smagums. Prombūtnē nepieciešamie fakti un pareiza matemātika, tas neļāva zinātniekiem aizrauties ar priekšlaicīgu spekulatīvu gravitācijas modeļu konstruēšanu. Bet XIX gadsimta pirmajā pusē. situācija sāka mainīties. Fizika ir kļuvusi uztveroša pret Dekarta idejām par dažādu materiālo objektu kustību, medijiem, kas darbojas kā maza darbības rādiusa spēku nesēji. Optikā Ņūtona koncepcija padevās gaismas viļņu teorijai ar ēteriskās vides svārstību modeli. AT kinētiskā teorija siltums parādījās vielas atomu un molekulu kustības veidā. Kontinuuma mehānika arī veicināja Dekarta ideju atdzimšanu. Zinātnieki ar asu intuīciju bija pirmie, kas juta nepieciešamību pēc pārmaiņām. Jā, vācu pētnieks Uz. F. Gauss (1777-1855) un viņa skolnieks B. Rīmans ierosināja, ka elektrodinamiskie spēki nedarbojas uzreiz, bet gan ar ierobežotu ātrumu, kas vienāds ar gaismas ātrumu. Turklāt līdz XIX gadsimta vidum. veidoja matemātiskās metodes diferenciālvienādojumu veidā parciālos atvasinājumos. Šis aparāts kļuva nepieciešams, lai realizētu īsa darbības rādiusa ideju. Daudzi hidrodinamikas un termodinamikas vienādojumi izrādījās piemēroti elektrodinamikai. 40-50 gados. darba kārtībā bija problēma par elektrodinamikas veidošanu, balstoties uz neliela attāluma darbības principu, un to atrisināja Maksvels.

Faradeja empīriskie likumi ir tulkoti matemātikas valodā. Maksvels par izejas materiālu izmantoja Faradeja empīriskos vispārinājumus. Viņš redzēja savu galveno uzdevumu dot viņiem atbilstošu matemātisko formu. Šis darbs izrādījās tālu no formāla, jo empīrisko attēlu tulkošana matemātikas valodā prasīja īpašu radošumu. Tātad, analizējot elektromagnētisko indukciju, Faradejs izvirzīja ideju par "elektronisko stāvokli", kur magnētiskā lauka izmaiņas izraisa virpuli elektriskais lauks.

Lauks un ēteris. No Faradeja mantojuma Maksvels pārņēma arī maza attāluma darbības principu un lauka ideju. Tie papildināja viens otru, jo neliela attāluma darbībai jānotiek materiālā nepārtrauktā vidē, un lauks darbojas tieši šajā vidē. Tiesa, Faradejs šo lauku saprata bezgalīgi un uzskatīja vidi par kaut ko līdzīgu gāzveida videi. Un nav nejaušība, ka Maksvels sākotnēji uzbūvēja elektriskā lauka modeļus, ievietojot to īpašā šķidrumam līdzīgā vidē, kas ir nesaspiežama, bezinerce un plūst, piedzīvojot pretestību. Vēlāk viņam kā medijs tika fiksēts ēteris, kas aizpilda visu telpu un caurstrāvo visus svarīgos ķermeņus. Šo ideju plaši izmantoja Tomsons, kura zinātniskajā ietekmē bija Maksvels. No šejienes viņa lauks kļuva par ētera apgabalu, kas ir tieši saistīts ar elektrisko un magnētiskās parādības: "... Elektromagnētiskais lauks ir tā telpas daļa, kas satur un ieskauj ķermeņus, kas atrodas elektriskā vai magnētiskā stāvoklī."

Novirzes strāvas pārmērīgums. Lauka un ētera idejām bija izšķiroša loma teorijas centrālā elementa - pārvietošanās strāvas hipotēzes - izpratnē. Faradeja eksperimentos efekti tika novēroti lielā attālumā no elektrības, kas plūst caur vadītāju. Tādu pašu skaidrojumu prasīja fragmenta fakts maiņstrāva caur izolatoru, kas atdala abas kondensatora plāksnes. Atzīstot jaunu sugu elektriskā strāva simetrijas apsvērumi varētu spēlēt savu lomu - vadīšanas strāvu papildina nobīdes strāva. Bet kā ir iespējama pēdējā kustība? Un šeit ienāca ēteris. Tāpat kā diriģents, tas ir ķermenis ar tikai lielu retumu un caurlaidību. Ētera elastīgās īpašības pieļauj mainīgo elektriskais lauks pārvietoties uz priekšu un atpakaļ, tas ir, svārstīties. Šī ir nobīdes strāva, kurai ir viļņu svārstību procesa forma un kas izplatās ēterī ārpus vadītājiem. Tāpat kā vadīšanas strāva, tā var radīt magnētisko lauku. Saskaņā ar indukcijas likumu mainīgs magnētiskais lauks rada mainīgu elektrisko lauku. Ar savu teoriju Maksvels apstiprināja pilnīgu mijiedarbību: jebkurš mainīgs elektriskais lauks, kas balstīts vai nu uz vadīšanas strāvu, vai uz pārvietošanas strāvu, ģenerē magnētisko lauku. Pastāv dinamisko lauku savstarpējās ietekmes simetrija, kas veido elektromagnētiskā lauka vienoto raksturu.

Gaisma kā elektromagnētiskais lauks. Maksvela teorija palīdzēja labāk izprast gaismas būtību. Kopš seniem laikiem pastāv korpuskulāra (latīņu corpusculum — ķermenis) hipotēze, kas apgalvoja, ka gaisma ir taisni kustīgu, ļoti mazu daļiņu straume. Saskaņā ar citu pieņēmumu gaisma ir vilnis ar ļoti mazu garumu. XIX gadsimta sākumā. E. Jungs un O. Fresnels sniedza pārliecinošus argumentus par labu viļņa hipotēzei. Mērījumos konstatēts, ka gaismas ātrums ir aptuveni 300 000 km/s.

Elektromagnētiskais lauks ir ne tikai gaisma. Saskaņā ar Maksvela teoriju elektromagnētiskie viļņi izplatās arī ar ātrumu 300 000 km/s. Ātrumu un gaismas viļņu teorijas sakritība pamudināja zinātnieku piedēvēt gaismu elektromagnētiskajiem procesiem. Gaismas teorija kā secīga elektrisko un magnētisko lauku maiņa ne tikai labi izskaidroja vecos faktus, bet arī paredzēja nezināmas parādības. Papildus redzamajai gaismai jābūt infrasarkanajam, ultravioletajam starojumam un cita veida viļņiem. Gaismai arī jāizdara zināms spiediens uz vielu.

Pieredzējusi atklāšana elektromagnētiskie viļņi . Maksvela teorija tika publicēta 1873. gadā traktātā par elektrību un magnētismu. Gandrīz visi fiziķi par to bija skeptiski, nobīdes strāvas hipotēze izraisīja īpašu noraidījumu. Vēbera un Helmholca teorijās tādu eksotisku ideju nebija. Šajā situācijā bija nepieciešami pierādījumi par izšķirošiem eksperimentiem, un tas notika. 1887. gadā vācu fiziķis G. Hercs (1857-1894) izveidoja elektromagnētisko viļņu ģeneratoru un veica to uztveršanu. Tādējādi tika atklāta noslēpumaina "neobjektivitātes strāva", kas pavēra jaunas prakses (radio, televīzijas) izredzes. 1895. gadā vācu fiziķis V.K. Rentgens atklāja jaunu starojumu, ko sauc par rentgena starojumu, un izrādījās, ka tie ir elektromagnētiskie viļņi, kuru frekvence ir augstāka par ultravioletais starojums. 1900. gadā krievu zinātnieks P. N. Ļebedevs (1866-1912) caur ļoti smalki eksperimenti atklāja gaismas viļņu spiedienu un izmērīja tā lielumu. Visa šī zinātniskā prakse nepārprotami norādīja uz Maksvela teoriju kā patiesu dabas tēlu.

Matērija ir matērija un elektromagnētiskais lauks. Maksvela teorija savas fundamentālās dabas dēļ būtiski ietekmēja zinātnisko dabas ainu. Matērijas idejas ilgtermiņa monopols sabruka, un, izmantojot elektromagnētiskā lauka jēdzienu, fizikālā lauka ideja sāka veidoties kā neatkarīgas sugas jautājums. Dabas vienotības atklāšanas programma ir saņēmusi ievērojamu rezultātu - agrākā atšķirība starp elektrību un magnētismu ir devusi vietu vienotam elektromagnētiskajam procesam. Maksvels demonstrēja matemātiskās hipotēzes augsto heiristisko spēku un sniedza piemēru matemātikas sintēzei ar fiziku. Jaunā elektrodinamika kļuva par klasiskās fizikas sasniegumu.

Uzdevumi.

1. Kādas tendences bija raksturīgas bioloģijas attīstībai no 16. līdz 19. gadsimtam?

2. Kāpēc D. I. Mendeļejeva atklājums periodiskais likums uzskatīts par revolūciju ķīmijā?

3. Kādi ideoloģiski secinājumi tika izdarīti no enerģijas nezūdamības likuma?

4. Kāpēc mačisti un enerģētiķi kritizēja atomismu?

5. Vai ir iespējams atpazīt statistisku likumsakarību no Laplasa determinisma pozīcijas?

6. Kādas jaunas idejas radīja Maksvela elektrodinamika?

100 r pirmā pasūtījuma bonuss

Izvēlieties darba veidu Diplomdarbs Kursa darbs Abstract Maģistra darba Referāts par praksi Raksts Referāts apskats Pārbaude Monogrāfija Problēmu risināšana Biznesa plāns Atbildes uz jautājumiem radošs darbs Eseja Zīmējums Kompozīcijas Tulkošanas Prezentācijas Rakstīšana Cits Teksta unikalitātes palielināšana Kandidāta darbs Laboratorijas darbi Palīdzība tiešsaistē

Jautājiet par cenu

Jau antīkajā pasaulē domātāji domāja par telpas un laika būtību un būtību. Daļa filozofu noliedza tukšas vietas esamības vai, kā viņi paši izteicās, neesamības iespējamību. Tie bija Eleatic skolas pārstāvji Senā Grieķija - Parmenīds un Zenons. Citi filozofi, tostarp Demokrits, apgalvoja, ka tukšums pastāv tāpat kā atomi un ir nepieciešams to kustībām un savienojumiem.

Līdz 16. gadsimtam dabaszinātnēs dominēja Ptolemaja ģeocentriskā sistēma. Tas bija pirmais universālais matemātiskais pasaules modelis, kurā laiks bija bezgalīgs un telpa bija ierobežota, ieskaitot vienotu Apļveida cirkulācija debess ķermeņi ap mierīgo zemi. Radikālas izmaiņas telpiskajā un visa fiziskajā attēlā notika pasaules heliocentriskajā sistēmā, ko pārstāvēja Koperniks. Atzīstot Zemes mobilitāti, viņš noraidīja visas iepriekš pastāvošās idejas par tās kā Visuma centra unikalitāti un tādējādi virzīja zinātniskās domas kustību uz kosmosa bezgalības un bezgalības atzīšanu. Šī ideja ir attīstīta filozofijā Džordāno Bruno, kurš secināja, ka Visums ir bezgalīgs un tam nav centra.

Svarīga loma ideju attīstībā par kosmosu bija atvērtai Galileo inerces princips. Saskaņā ar šo principu visas fiziskās (mehāniskās) parādības notiek vienādi visās sistēmās, kas pārvietojas vienmērīgi un taisni ar ātruma nemainīgu lielumu un virzienu.

Telpas un laika jēdziena tālāka attīstība ir saistīta ar pasaules fizisko un kosmisko ainu R. Dekarts. Viņš to pamatoja ar domu, ka visas dabas parādības ir izskaidrojamas ar elementārmateriālu daļiņu mehānisko darbību. To pašu ietekmi Dekarts attēloja spiediena vai trieciena veidā, kad daļiņas saskaras viena ar otru un tādējādi ieviesa fizikā ideju tuvā diapazonā.

Klasiskajā mehānikā tika prezentēts jauns fiziskais pasaules attēls I. Ņūtons. Viņš uzzīmēja harmonisku planētu sistēmas attēlu, sniedza stingru kvantitatīvu planētu kustības teoriju. Viņa mehānikas virsotne bija gravitācijas teorija, kas pasludināja universālo dabas likumu - gravitācijas likums. Saskaņā ar šo likumu jebkuri divi ķermeņi pievelk viens otru ar spēku, kas ir tieši proporcionāls to masām un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tiem.

Šo likumu izsaka ar šādu formulu:

kur: k- gravitācijas konstante; m1, m2- gravitācijas masas; r- attālums starp tiem.

Šis likums neko nesaka par gravitācijas atkarību no laika. Tīri matemātiski gravitācijas spēku var saukt par liela attāluma, tas acumirklī savieno mijiedarbojošos ķermeņus un tā aprēķināšanai nav nepieciešami nekādi pieņēmumi par vidi, kas pārraida mijiedarbību.

Attiecinot gravitācijas likumu uz visu Visumu, Ņūtons apsvēra arī tā iespējamo uzbūvi. Viņš nonāca pie secinājuma, ka Visums ir bezgalīgs. Tikai šajā gadījumā tajā var būt daudz kosmosa objektu - smaguma centru. Ņūtona Visuma modeļa ietvaros ir nostiprinājusies ideja par bezgalīgu telpu, kurā atrodas gravitācijas spēka savstarpēji saistīti kosmiski objekti. Elektro- un magnetostatikas pamatlikumu atklāšana, kas sekoja 18. gadsimta otrajā pusē, matemātiskā formā līdzīgi universālās gravitācijas likumam, vēl vairāk apstiprināja zinātnieku apziņā domu par liela attāluma spēkiem, kas atkarīgs tikai no attāluma, bet ne no laika.

Pagrieziens uz tuvās darbības idejām ir saistīts ar Faradeja un Maskvela idejām, kurš izstrādāja elektromagnētiskā lauka koncepciju kā neatkarīgu fizisko realitāti. Sākuma punkts tam bija neliela attāluma mijiedarbības atpazīšana un jebkādas mijiedarbības ierobežotais pārraides ātrums.

Secinājums, ka viļņu elektromagnētiskais lauks atraujas no izlādes un var patstāvīgi pastāvēt un izplatīties telpā, šķita absurds. Pats Maksvels spītīgi centās atvasināt savus vienādojumus no mehāniskās īpašībasēteris. Bet, kad Hercs eksperimentāli atklāja elektromagnētisko viļņu esamību, tas tika uzskatīts par izšķirošu Maksvela teorijas derīguma pierādījumu. Tūlītējas tāldarbības vietu ieņēma īsa darbības rādiusa darbība, kas tika pārraidīta ar ierobežotu ātrumu.

Ciešā darbība ir attēlojums, saskaņā ar kuru mijiedarbība starp ķermeņiem, kas atrodas tālu viens no otra, tiek veikta ar starpvides (lauka) palīdzību un tiek veikta ar ierobežotu ātrumu. 18. gadsimta sākumā vienlaikus ar maza attāluma darbības teoriju dzima pretēja tāldarbības teorija, saskaņā ar kuru ķermeņi iedarbojas viens uz otru bez starpniekiem, caur tukšumu, jebkurā attālumā un mijiedarbība tiek veikta bezgalīgi lielā ātrumā (bet ievēro noteiktus likumus). Par piemēru liela attāluma darbībai var uzskatīt universālās gravitācijas spēku klasiskajā gravitācijas teorijā I. Ņūtons.

M. V. Lomonosovs tiek uzskatīts par vienu no tuvās darbības teorijas pamatlicējiem. Lomonosovs bija tāldarbības teorijas pretinieks, uzskatot, ka ķermenis nevar uzreiz iedarboties uz citiem ķermeņiem. Viņš uzskatīja, ka elektriskā mijiedarbība tiek pārraidīta no ķermeņa uz ķermeni, izmantojot īpašu barotni "ēteri", kas aizpilda visu tukšo vietu, jo īpaši telpu starp daļiņām, kas veido "svarīgu vielu", t.i., vielu. elektriskās parādības, pēc Lomonosova domām, jāuzskata par noteiktām mikroskopiskām kustībām, kas notiek ēterī. Tas pats attiecas uz magnētiskajām parādībām.

Taču Lomonosova un L. Eilera teorētiskās idejas tajā laikā nevarēja attīstīt. Pēc Kulona likuma atklāšanas, kas pēc savas formas bija tāds pats kā universālās gravitācijas likums, liela attāluma darbības teorija pilnībā aizstāj maza attāluma darbības teoriju. Un tikai 19. gadsimta sākumā M. Faradejs atdzīvināja tuvās darbības teoriju. Pēc Faradeja teiktā, elektriskie lādiņi tiešā veidā viens otru neietekmē. Katrs no tiem apkārtējā telpā rada elektriskos un magnētiskos (ja tas kustas) laukus. Viena lādiņa lauki iedarbojas uz otru un otrādi. Īsa darbības rādiusa teorijas vispārēja atzīšana sākas 19. gadsimta otrajā pusē pēc Dž. Maksvela teorijas eksperimentālas pierādīšanas, kurš Faradeja idejām spēja piešķirt precīzu kvantitatīvu formu, kas tik ļoti nepieciešama fizikā – a. elektromagnētiskā lauka vienādojumu sistēma.

Būtiska atšķirība starp maza attāluma darbības teoriju un liela attāluma darbības teoriju ir klātbūtne maksimālais ātrums mijiedarbības izplatīšanās (lauki, daļiņas) - gaismas ātrums. Mūsdienu fizikā matērija ir skaidri sadalīta daļiņās - mijiedarbības dalībnieki (vai avoti) (ko sauc par matēriju) un daļiņas - mijiedarbības nesēji (ko sauc par lauku). No četriem fundamentālo mijiedarbības veidiem trīs ir saņēmuši uzticamu eksperimentālu pārbaudi par nesējdaļiņu esamību: spēcīga, vāja un elektromagnētiskā mijiedarbība. Šobrīd tiek mēģināts atklāt gravitācijas mijiedarbības nesējus – t.s

Pateicoties Orsteda, Faradeja, Maksvela, Herca, Popova pētījumiem un sasniegumiem, tika pierādīts, ka matērija pastāv ne tikai matērijas formā, bet arī lauka formā. Elektromagnētiskā lauka realitātes atzīšana nozīmēja uzvaru fizikā tuva diapazona jēdzieni pāri standartam 19. gadsimtā. tālsatiksmes koncepcija. Apskatīsim šo jēdzienu būtību.

Tāls un mazs darbības attālums - pretēji jēdzieni, kas paredzēti, lai izskaidrotu vispārējs raksturs fizisko objektu mijiedarbība.

Tūlīt pēc tam, kad Ņūtons atklāja universālās gravitācijas likumu, un pēc tam, kad Kulons atklāja lādiņu elektrostatiskās mijiedarbības likumu, radās filozofiski jautājumi: kāpēc fiziski ķermeņi ar masu iedarbojas viens uz otru attālumā caur tukšu telpu un kāpēc lādēti ķermeņi mijiedarbojas. pat caur elektriski neitrālu vidi? Pirms lauka koncepcijas ieviešanas uz šiem jautājumiem nebija apmierinošu atbilžu. Ilgu laiku tika uzskatīts, ka mijiedarbību starp ķermeņiem var veikt tieši caur tukšo telpu, kas nepiedalās mijiedarbības pārnesē un mijiedarbības pārnesē, tādējādi notiek acumirklī. Šis pieņēmums ir koncepcijas būtība garš diapazonsļaujot rīkoties ārpus laika un telpas. Pēc Ņūtona šī koncepcija izpaužas plaša izmantošana fizikā, lai gan pats Ņūtons saprata, ka viņa ieviestie liela attāluma spēki (piemēram, gravitācija) ir tikai formāla iekārta, kas ļauj sniegt zināmā mērā pareizu aprakstu par novērotajām parādībām.

Elektroenerģijas un magnētisma pētījumos īsi pirms Faradeja pētījuma liela attāluma darbības jēdziens pārspēja dominējošos. ilgu laiku ciešas mijiedarbības mehāniskā koncepcija, saskaņā ar kuru mijiedarbībā esošajiem ķermeņiem ir jāsaskaras. Šīs uzvaras rezultātā radās vairākas svarīgas teorijas un likumi (Kulona likums, Ampēra elektrodinamika). Tomēr līdz XIX gadsimta vidum. zinātnieku prātus sāka pārņemt doma par nepieciešamību atteikties no tālas darbības elektrodinamikā, tuvdarbības principa atzīšana un elektromagnētisko traucējumu izplatīšanās ierobežotais ātrums, bet neviens, izņemot Maksvelu, neizstrādāja šo ideju un nesasniedza to zinātniskās teorijas līmenī.

Koncepcija neliels attālums apgalvo, ka jebkādu ietekmi uz materiāliem objektiem var pārraidīt tikai no noteikta telpas punkta uz tuvāko blakus punktu un ierobežotā laika periodā. Maksvela elektromagnētisma teorijā tika pierādīts, ka elektriski lādētu ķermeņu mijiedarbība nav momentāna, bet gan ar ierobežotu ātrumu, kas vienāds ar gaismas ātrumu vakuumā. 300 000 km/s.

Tādējādi fiziskā lauka jēdziena attīstība veicināja maza darbības attāluma mijiedarbības jēdziena nostiprināšanos, kas attiecas ne tikai uz elektromagnētisko, bet arī uz citiem mijiedarbības veidiem.

Telpas un laika jēdzienu attīstība speciālajā relativitātes teorijā

Mehāniskajā pasaules attēlā jēdzieni telpa un laiksņem vērā neatkarīgi no kustīgās vielas īpašībām. Telpa tajā darbojās kā sava veida tvertne kustīgiem ķermeņiem, bet laiks kā parametrs, kura zīmi var apgriezt. Vēl viena pasaules mehānistiskā attēla iezīme ir tāda, ka tajā telpa un laiks kā matērijas eksistences formas tiek pētītas atsevišķi un atsevišķi, kā rezultātā to saikne nenotiek.

Relativitātes princips

Kad dabaszinātnēs dominēja mehāniskā pasaules aina un bija tendence visu dabas parādību skaidrojumu reducēt uz mehānikas likumiem, relativitātes princips, ko Galileo formulēja klasiskās mehānikas ietvaros, neradīja nekādas šaubas. Situācija krasi mainījās, kad fiziķi ķērās pie elektrisko, magnētisko un optisko parādību izpētes. Maksvels visas šīs parādības apvienoja vienotas elektromagnētiskās teorijas ietvaros. Šajā sakarā dabiski radās jautājums: vai relativitātes princips ir spēkā arī elektromagnētiskajām parādībām?

1905. gadā franču matemātiķis un fiziķis A. Puankarē (1854–1912) formulēja relativitātes principu kā vispārēju fizikālu likumu, kas ir spēkā arī mehāniskām un elektromagnētiskām parādībām. Saskaņā ar šo principu fizikālo parādību likumiem ir jābūt vienādiem gan novērotājam miera stāvoklī, gan novērotājam vienveidīgā stāvoklī. taisnvirziena kustība. Balstoties uz relativitātes principu, ir izveidojusies jauna fizikālā telpas un laika teorija - .

A. Puankarē pirmais ierosināja, ka visu inerciālo koordinātu sistēmu vienlīdzības princips būtu jāattiecina arī uz elektromagnētiskajām parādībām, t.i. Relativitātes princips attiecas uz visām dabas parādībām. Tas radīja nepieciešamību pārskatīt jēdzienu telpa un laiks. Tomēr Poincare nenorādīja uz tā nepieciešamību. To pirmais izdarīja A. Einšteins (1979–1955).

Speciālā relativitātes teorija- fizikālā teorija, kas telpu un laiku uzskata par cieši saistītām matērijas eksistences formām. Speciālā relativitātes teorija tika izveidota 1905.-1908.gadā. H. Lorenca, A. Puankarē, A. Einšteina un G. Minkovska darbi, kas balstīti uz eksperimentālo datu analīzi saistībā ar optisko un elektromagnētiskās parādības, kas ir vispārināti ar šādiem postulātiem:

· relativitātes princips saskaņā ar kuru visiem dabas likumiem jābūt vienādiem visos inerciālās sistēmas atsauce;

· gaismas ātruma noturības princips, saskaņā ar kuru gaismas ātrums vakuumā ir vienāds visās inerciālajās atskaites sistēmās un nav atkarīgs no gaismas avotu un uztvērēju kustības.

Relativitātes princips Einšteina formulējumā ir Galileo relativitātes principa vispārinājums, kas formulēts tikai mehāniskā kustība. Šis princips izriet no veselas virknes eksperimentu, kas saistīti ar kustīgu ķermeņu elektrodinamiku un optiku.

Miķelsona precīzie eksperimenti XIX gadsimta 80. gados. parādīja, ka elektromagnētisko viļņu izplatīšanās laikā ātrumi nesummējas. Piemēram, ja pa vilciena kustības virzienu, kura ātrums ir vienāds ar v1, nosūtiet gaismas signālu ar ātrumu v2, tuvu gaismas ātrumam vakuumā, tad signāla ātrums attiecībā pret platformu ir mazāks par summu v1+v2 un parasti nevar pārsniegt gaismas ātrumu vakuumā. Izplatīšanās ātrums gaismas signāls nav atkarīgs no gaismas avota ātruma. Šis fakts nonāca pretrunā ar Galileja relativitātes principu.

Gaismas ātruma noturības principu var pārbaudīt, piemēram, mērot gaismas ātrumu no pretējām rotējošās Saules pusēm: viena Saules mala vienmēr virzās uz mums, bet otra pretējā virzienā. Neskatoties uz avota kustību, gaismas ātrums vakuumā vienmēr ir vienāds un vienāds ar s=300000 km/s.

Šie divi principi ir pretrunā viens otram no klasiskās fizikas galveno ideju viedokļa.

Radās dilemma: vai nu gaismas ātruma noturības principa, vai relativitātes principa noraidīšana. Pirmais princips ir noteikts tik precīzi un nepārprotami, ka no tā atteikties būtu acīmredzami nepamatoti, turklāt tas radītu pārmērīgu dabas norišu apraksta sarežģītību. Ne mazākas grūtības rodas, ja elektromagnētisko procesu jomā tiek noliegts relativitātes princips.

Šķietamā pretruna starp relativitātes principu un gaismas ātruma noturības likumu rodas tāpēc, ka klasiskā mehānika, pēc Einšteina domām, balstījās uz "divām nepamatotām hipotēzēm":

laika intervāls starp diviem notikumiem nav atkarīgs no atskaites sistēmas kustības stāvokļa;

Telpiskais attālums starp diviem punktiem ciets ķermenis nav atkarīgs no atskaites sistēmas kustības stāvokļa.

Pamatojoties uz šīm šķietami diezgan acīmredzamajām hipotēzēm, klasiskā mehānika klusējot atzina, ka laika intervāla un attāluma vērtībām ir absolūtās vērtības, t.i. nav atkarīgi no atskaites ķermeņa kustības stāvokļa. Izrādījās, ka, ja cilvēks vienmērīgi braucošā automašīnā nobrauc, piemēram, 1 metra attālumu vienā sekundē, tad viņš vienā sekundē nobrauks arī tādu pašu ceļu attiecībā pret ceļa gultni. Tāpat tika uzskatīts, ka ķermeņu telpiskie izmēri atpūtas un kustības atskaites sistēmās paliek nemainīgi. Un, lai gan šie pieņēmumi no parastās apziņas un veselā saprāta viedokļa šķiet pašsaprotami, tomēr tie nesaskan ar rūpīgi veiktu eksperimentu rezultātiem, kas apstiprina jaunās, īpašās relativitātes teorijas secinājumus.

3.4.2. Lorenca transformācija

Einšteins, strādājot pie speciālās relativitātes teorijas, nevis atteicās no relativitātes principa, bet, gluži pretēji, deva tam vairāk vispārējā forma. Tajā pašā laikā bija nepieciešams radikāli pārveidot telpas un laika izpratni, vārdu sakot, radīt fundamentāli jauna teorija izmaiņas telpiskajās un laika attiecībās starp objektiem.

Apskatīsim, kādi nosacījumi jāizpilda telpisko koordinātu un laika transformācijām, pārejot no viena atskaites sistēmas uz otru. Ja mēs pieņemam klasiskās mehānikas pieņēmumu par attālumu un laika absolūto raksturu, tad transformācijas vienādojumiem, ko sauc par Galilejas transformāciju, būs šāda forma:

x = x'+vt',

y = y',

z = z',

t = t'.

Tomēr, lai atpazītu gaismas ātruma noturības principu, Galilejas transformācija bija jāaizstāj ar citām formulām, kas nav pretrunā ar šo principu. Einšteins parādīja, ka šāda transformācija, kas nav pretrunā ar ātruma noturības principu, ir t.s. Lorenca transformācija, nosaukts holandiešu fiziķa H. A. Lorenca (1853–1928) vārdā.

Gadījumā, ja viens atskaites rāmis pārvietojas attiecībā pret otru vienmērīgi un taisni pa x asi X, Lorenca transformācijas formulām, ieskaitot laika transformāciju, ir šāda forma:

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 ,

kur v ir koordinātu sistēmas kustības ātrums (x',y',z') attiecībā pret koordinātu sistēmu (x,y,z),  c ir gaismas ātrums.

Pamatojoties uz Lorenca transformācijām, ir viegli pārbaudīt, vai stingrs lineāls, kas virzās sava garuma virzienā, būs īsāks nekā stacionārs, un jo īsāks, jo ātrāk tas kustas. Patiešām, izmantojot pirmo Lorenca transformācijas vienādojumu, mēs iegūstam, ka kustīgā lineāla garums attiecībā pret fiksēto atskaites rāmi l \u003d l 0 (1–v 2 / c 2) 1/2, kur l 0 - lineāla garums atskaites sistēmā, kas saistīta ar lineālu.

Relativistiskā mehānika

Speciālā relativitātes teorija cēlies no elektrodinamika un maz ko mainīja tā saturā, bet no otras puses būtiski vienkāršoja tā teorētisko uzbūvi, t.i. likumu atvasināšanu un, pats galvenais, samazināja neatkarīgo hipotēžu skaitu, kas ir tās pamatā.

Ar klasiskā mehānika gadījums ir nedaudz atšķirīgs. Lai atbilstu speciālās relativitātes teorijas postulātiem, klasiskajai mehānikai ir vajadzīgas dažas izmaiņas. Šīs izmaiņas galvenokārt attiecas uz ātro kustību likumiem, t.i. kustība, kas ir salīdzināma ar gaismas ātrumu. Parastos sauszemes apstākļos mēs sastopam ātrumu, kas ir daudz mazāks par gaismas ātrumu, un tāpēc relativitātes teorijas labojumi ir ārkārtīgi mazi un daudzos gadījumos tos praktiski var neievērot.

Jauna mehānika, kuras pamatā ir Einšteina īpašais relativitātes princips, kas ir relativitātes principa kombinācija ar apgalvojumu par maksimālā mijiedarbības izplatīšanās ātruma galīgumu, sauc relatīvistiskā mehānika.

Relativistiskās mehānikas galvenie secinājumi ir apgalvojumi, ka ķermeņa masa m, tā garums l un pasākuma ilgums Dt ir atkarīgi no ķermeņa ātruma attiecības vērtības v gaismas ātrumam c un tiek definēti ar formulām:

m \u003d m 0 / (1 - v 2 / c 2) 1/2,

l \u003d l 0 (1 -v 2 / c 2) 1/2,

Dt \u003d Dt 0 / (1 - v 2 / c 2) 1/2,

kur m 0, l 0, Dt 0 ir ķermeņa masa, tā garums un notikuma ilgums atskaites sistēmā, kas saistīta ar ķermeni.

Piemēram, ja divi kosmosa kuģi atrodas relatīvas kustības stāvoklī, tad novērotājs uz katra no kuģiem redzēs, kā otrs kuģis samazinās kustības virzienā, un astronauti zaudēs svaru un lēnām kustēsies. Visas parādības ar periodiskām kustībām šķitīs palēninātas - svārsta kustība, atomu svārstības utt. Parastā ātrumā šīs izmaiņas ir ārkārtīgi mazas: Zeme, kas pārvietojas ap Sauli ar ātrumu 30 km/h, novērotājam miera stāvoklī attiecībā pret Sauli šķiet samazināts tikai par dažiem centimetriem. Ja relatīvie ātrumi ir ļoti lieli, izmaiņas kļūst nozīmīgas.

Papildus garuma un laika izmaiņām relativistiskā mehānika dod Relativistiskas masu izmaiņas .

Ķermeņa masu, ko nosaka, izmērot spēku, kas nepieciešams, lai ķermenim piešķirtu noteiktu paātrinājumu, sauc. inerciālā masa. Novērotājam iekšā kosmosa kuģis un atpūšoties attiecībā pret kādu objektu, šī objekta inerciālā masa paliek nemainīga neatkarīgi no kuģa ātruma v un to sauc par atpūtas masu. Šī objekta inerciālo masu novērotājam uz Zemes sauc par relatīvistisko masu, un tā ir atkarīga no novērotāja un novērojamā objekta relatīvā ātruma. Kad ķermeņa ātrums tuvojas gaismas ātrumam, tā masa pieaug bezgalīgi un robežās tuvojas bezgalībai. Tāpēc saskaņā ar relativitātes teoriju kustība ar ātrumu, kas pārsniedz gaismas ātrumu, nav iespējama.

No relativistiskās mehānikas var iegūt likumu par attiecības starp masu un enerģiju, kam ir būtiska loma kodolfizika:

E \u003d mc 2,

kur m- ķermeņa masa, E- viņa enerģija.

Relativistiskās mehānikas galveno secinājumu eksperimentālā pārbaude tiek izmantota, lai pamatotu Einšteina īpašo relativitātes teoriju, kas ik dienas tiek apstiprināta atomzinātnieku laboratorijās, kas strādā ar daļiņām, kas pārvietojas ar ātrumu, kas ir tuvu gaismas ātrumam. Kustības ar ātrumu, kas salīdzināms ar gaismas ātrumu, pirmo reizi tika novērotas elektronu, bet pēc tam citu elementārdaļiņu piemērā. Rūpīgi izstrādāti eksperimenti ar šādām daļiņām patiešām ir apstiprinājuši īpašās relativitātes teorijas prognozes, ka to masa palielinās, palielinoties ātrumam.

Normālos ātrumos v<< c Relativistiskā mehānika pāriet Ņūtona klasiskajā mehānikā. Pietiek, piemēram, atzīmēt, ka pat ar Zemes pavadoņa ātrumu, kas ir aptuveni 8 km/s, masas korekcija būs aptuveni viena divu miljardu daļa no tās. 1928. gadā angļu fiziķis P. Diraks speciālo relativitātes teoriju un kvantu mehāniku (mikrodaļiņu mehāniku) apvienoja relativistiskā kvantu mehānika aprakstot mikrodaļiņu kustību ar ātrumu, kas ir tuvu gaismas ātrumam.