ปฏิสัมพันธ์ของสสาร - ทรัพย์สินที่โอนไม่ได้สสารซึ่งทำหน้าที่เป็นสาเหตุของการเคลื่อนที่ของสสาร

ปฏิสัมพันธ์ขั้นพื้นฐาน- ประเภทการโต้ตอบที่แตกต่างกันและไม่สามารถลดได้ อนุภาคมูลฐานและร่างกายที่สร้างขึ้นจากพวกเขา

การโต้ตอบมีสี่ประเภท:

1. ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง - รับผิดชอบปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุที่มีมวล มันเป็นตัวชี้ขาดในโลกขนาดใหญ่ - โลกของดาวเคราะห์, ดวงดาว, กาแล็กซี่

2. ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า - รับผิดชอบปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคและวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า จำเป็นในปรากฏการณ์มหภาคและปรมาณู กำหนดโครงสร้างและคุณสมบัติของอะตอมและโมเลกุล

3. ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง - รับผิดชอบการทำงานร่วมกันระหว่างควาร์กและฮาดรอนสำหรับการเชื่อมต่อของนิวเคลียสในนิวเคลียส เป็นสิ่งชี้ขาดในพิภพเล็ก

4. ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ - รับผิดชอบปฏิกิริยาประเภทอื่น ๆ ระหว่างอนุภาคมูลฐาน - การสลายตัวของนิวเคลียสบีตาทุกประเภทกระบวนการปฏิสัมพันธ์ของนิวตริโนกับสสารสำหรับการสลายตัวของอนุภาคมูลฐานจำนวนมาก มันปรากฏตัวในพิภพเล็ก ๆ

โลกทัศน์ที่มีเหตุผลถือว่าเหตุการณ์ใด ๆ มีสาเหตุทางวัตถุ: ผลกระทบของวัตถุ (ร่างกาย) ดังนั้น โปรแกรมใด ๆ ที่อธิบายเหตุผลของโลกรอบข้างรวมถึงแนวคิดเกี่ยวกับกลไกต่างๆ ด้วย ปฏิสัมพันธ์วัตถุสิ่งของ

แนวคิดระยะใกล้ถือว่าปฏิสัมพันธ์เป็นไปได้เฉพาะกับการสัมผัสโดยตรงของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์เท่านั้น การกระทำใด ๆ ในระยะไกลจะต้องถูกส่งผ่านตัวกลางที่เป็นวัสดุซึ่งเรียกว่าตัวพาการโต้ตอบด้วยความเร็วที่ จำกัด

แนวคิดระยะยาวถือว่าปฏิสัมพันธ์ของวัตถุไม่ต้องการตัวกลางวัสดุและสามารถถ่ายทอดได้ทันที

อริสโตเติลเสนอแนวคิดเรื่องการดำเนินการอย่างใกล้ชิด ซึ่งเชื่อว่าไม่มีความว่างเปล่าในโลก ดังนั้น ระหว่างวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กันสองวัตถุจึงมีวัตถุอื่นอีกจำนวนหนึ่งที่อยู่ติดกัน ซึ่งส่งการโต้ตอบผ่านการสัมผัสโดยตรง

ในศตวรรษที่ 17 แนวคิดของการกระทำระยะสั้นได้รับการพัฒนาโดย Rene Descartes ในกลไกของ Descartes ปฏิสัมพันธ์เกิดขึ้นจากแรงกดหรือแรงกระแทกเท่านั้น กล่าวคือ เมื่อร่างกายสัมผัสกัน

แนวความคิดของการกระทำระยะไกลได้รับการติดตามในทฤษฎีอะตอมมิคของเดโมคริตุสและลิวซิปปัส เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมถูกส่งผ่านช่องว่าง

ในภาพจักรกลของโลกผู้ก่อตั้งคือไอแซกนิวตันแนวคิดของการกระทำระยะยาวถูกนำมาใช้ในขณะที่เชื่อว่าการกระทำของร่างกายหนึ่งต่ออีกร่างหนึ่งนั้นเป็นการกระทำของครั้งที่สองในครั้งแรกนั่นคือปฏิสัมพันธ์

ที่ ปลายXIXใน. เกิดขึ้น ความคิดใหม่- ความคิดของเขตข้อมูลซึ่งมีบทบาทหลักคือการถ่ายโอนปฏิสัมพันธ์ ไมเคิล ฟาราเดย์ เป็นผู้คิดค้นไฟฟ้า สนามแม่เหล็กซึ่งส่งผ่านปฏิสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าของตัวนำและการสะกดจิตของสาร แมกซ์เวลล์พัฒนาและจัดทำแนวคิดนี้ในทางคณิตศาสตร์ ดังนั้น, ที่เป็นหัวใจของภาพวิทยาศาสตร์แม่เหล็กไฟฟ้าของโลกอยู่ในแนวคิดระยะใกล้ กลไกการถ่ายโอนการโต้ตอบโดยใช้ฟิลด์มีดังนี้ ร่างกายที่มีส่วนร่วมในการโต้ตอบสร้างสนามรอบตัวเองซึ่งครอบครองพื้นที่ที่มีรัศมี เท่ากับรัศมีการโต้ตอบ เนื้อหาอื่นไม่ได้โต้ตอบโดยตรงกับเนื้อหาแรก แต่กับฟิลด์ที่สร้างขึ้นโดยจุดที่พวกเขาอยู่ การเปลี่ยนแปลงสถานะของหนึ่งในวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ทำให้เกิดการรบกวนของสนามที่สร้างขึ้นซึ่งแพร่กระจายในรูปแบบของคลื่นไปถึงวัตถุอื่น ๆ และจากนั้นสถานะของพวกมันก็เริ่มเปลี่ยนแปลง นอกจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าแล้ว ภาพแม่เหล็กไฟฟ้าของโลกยังพิจารณาสนามโน้มถ่วงซึ่งเป็นพาหะของแรงโน้มถ่วงด้วย

ที่ จิตรกรรมร่วมสมัยสันติภาพได้รับแนวคิดภาคสนามแล้ว พัฒนาต่อไป. กลไกการโต้ตอบภาคสนามถูกระบุใน กลไกสนามควอนตัม. จากมุมมองของฟิสิกส์สมัยใหม่ การดำรงอยู่ของสสารทุกรูปแบบมีความไม่ต่อเนื่องกัน การรบกวนของสนาม - คลื่น - ตามความเป็นคู่ของ corpuscular-wave ถือได้ว่าเป็นชุดของอนุภาค - สนามควอนตัม ดังนั้นปฏิสัมพันธ์ที่ดำเนินการโดยสนามถือเป็นกระบวนการแลกเปลี่ยนควอนตัมสนามระหว่างวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคของสสาร ควอนตาที่แลกเปลี่ยนระหว่างวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กันไม่ใช่อนุภาคธรรมดา แต่เป็นอนุภาคเสมือน อนุภาคเสมือนต่างกันตรงที่ไม่สามารถตรวจจับได้ในระหว่างการดำรงอยู่ การมีอยู่และคุณสมบัติของพวกมันสามารถตัดสินได้ทางอ้อมเท่านั้น - โดยความแข็งแกร่งของปฏิสัมพันธ์ที่ถ่ายโอน เป็นไปไม่ได้ที่จะลงทะเบียนอนุภาคเสมือนโดยตรง ตัวอย่างเช่น ไม่สามารถลงทะเบียนโฟตอนเสมือนได้ด้วยความรู้สึกทางสายตาบนเรตินา คำอธิบายของกลไกการโต้ตอบในภาษาของการแลกเปลี่ยนอนุภาคเสมือนไม่ได้ยกเว้น แต่เสริม คำอธิบายแบบคลาสสิกในภาษาของทุ่งนาและคลื่น ดังนั้นแนวความคิดของการกระทำระยะยาวในวิทยาศาสตร์จึงถูกละเลยโดยสิ้นเชิง

จากระยะยาวไประยะสั้น: ทฤษฎี สนามแม่เหล็กไฟฟ้า.

แนวคิดเรื่องความสามัคคีของพลังธรรมชาติที่แตกต่างกันและการยืนยันเชิงประจักษ์. ในตอนต้นของศตวรรษที่ XIX เริ่มวางรากฐานของทฤษฎีไฟฟ้าและแม่เหล็ก แนวคิดเชิงอุดมคติของความสามัคคีของพลังแห่งธรรมชาติมีบทบาทสำคัญที่นี่ นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์กเริ่มต้นที่นี่ เอช.ซี. เออร์สเต็ด (1777-1851)ที่ได้รับปริญญาดุษฎีบัณฑิต สาขาปรัชญา ความสนใจของเขาถูกดึงดูดไปยังแนวคิดของนักปรัชญาธรรมชาติชาวเยอรมัน F. Schelling เกี่ยวกับอิทธิพลซึ่งกันและกันของพลังธรรมชาติ ในปี ค.ศ. 1813 นักวิทยาศาสตร์ได้วางปัญหา - เพื่อค้นหาความเชื่อมโยงระหว่าง "ไฟฟ้าแรงสูง" กับสนามแม่เหล็ก การแก้ปัญหาเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2363 เมื่อพบว่ากระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กรอบตัวนำ ซึ่งส่งผลต่อเข็มแม่เหล็ก ในปี พ.ศ. 2364 ชาวฝรั่งเศสคนหนึ่ง A. M. Ampère (1775-1836 .)) พบว่าตัวนำสองตัวขนานกันโดยมีกระแสไฟฟ้าทำตัวเหมือนแม่เหล็กสองตัว: ถ้ากระแสไปในทิศทางเดียวกันตัวนำจะดึงดูดในกรณีที่มีทิศทางตรงกันข้ามพวกมันจะขับไล่ นักฟิสิกส์ภาษาอังกฤษ ม. ฟาราเดย์ (1791-1867)ทำให้เกิดปัญหาความสัมพันธ์ผกผัน: สนามแม่เหล็กสามารถสร้างกระแสในตัวนำได้หรือไม่? ในปี ค.ศ. 1831 เขาได้ค้นพบว่ามีกระแสไฟฟ้าปรากฏขึ้นในตัวนำที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ ดังนั้นจึงมีการค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

กฎเชิงประจักษ์ทั้งหมดนี้รวมกันเป็นหนึ่งโดยทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ดับเบิลยู เวเบอร์ (1804-1891). มันขึ้นอยู่กับแนวคิดของกองกำลังพิสัยไกลซึ่งเกี่ยวข้องกับนิวตัน แรงโน้มถ่วงซึ่งไม่ต้องการสภาพแวดล้อมระดับกลางและดำเนินการทันที อำนาจของนิวตันในชุมชนฟิสิกส์นั้นสูงมากจนนักวิทยาศาสตร์สุ่มสี่สุ่มห้าทำตามการเรียกของเขาว่า "ไม่สร้างสมมติฐาน" เกี่ยวกับกลไกการออกฤทธิ์ของแรง และยังมีข้อยกเว้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบุคคลของฟาราเดย์

ฟาราเดย์ทำงานเป็นตัวประสานในโรงพิมพ์ ศึกษาฟิสิกส์อย่างอิสระ และความหลงใหลนี้นำเขาไปสู่วิทยาศาสตร์ ในฐานะผู้เชื่อ เขามั่นใจในความสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก เนื่องจาก "ธรรมชาติเป็นหนึ่งเดียวจากพระเจ้า" การคิดที่แปลกใหม่จากการเรียนรู้ด้วยตนเองและความสามารถในการทดลองทำให้เขากลายเป็นนักวิทยาศาสตร์ระดับโลก เขาไม่ได้เชี่ยวชาญคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนในสมัยของเขา ดังนั้นเขาจึงทุ่มเทกำลังทั้งหมดเพื่อการทดลองและทำความเข้าใจผลลัพธ์ของพวกเขา แนวความคิดของการดำเนินการระยะยาวซึ่งครอบงำแผนกต่างๆของมหาวิทยาลัยไม่ส่งผลกระทบต่อจิตใจของฟาราเดย์ นอกจากนี้ การทดลองต่างๆ ทำให้เขาเชื่อมั่นในการกระทำระยะสั้นของแรงไฟฟ้าและแม่เหล็ก ในเรื่องนี้ ข้อเท็จจริงของการเคลื่อนที่ของตัวนำมีความโดดเด่นเป็นพิเศษ (ตะไบเหล็กใกล้กับแม่เหล็ก สายไฟ และวงจรที่มีกระแส ฯลฯ)

สำหรับไฟฟ้าและแม่เหล็ก การกระทำระยะสั้นนั้นเป็นสากล. ความคิดสร้างสรรค์ของฟาราเดย์คาดการณ์การเปลี่ยนแปลงทางอุดมการณ์ในภาพทางกายภาพของธรรมชาติ ความคิดของนิวตันเกี่ยวกับการกระทำระยะยาวมีบทบาทเชิงบวกในการสร้างกฎหมาย แรงโน้มถ่วง. ในกรณีที่ไม่มี ข้อเท็จจริงที่จำเป็นและคณิตศาสตร์ที่เหมาะสม ไม่อนุญาตให้นักวิทยาศาสตร์สร้างแบบจำลองการเก็งกำไรก่อนวัยอันควรของแรงโน้มถ่วง แต่ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ XIX สถานการณ์เริ่มเปลี่ยนไป ฟิสิกส์เริ่มเปิดรับแนวคิดคาร์ทีเซียนเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุต่างๆ สื่อที่ทำหน้าที่เป็นพาหะของกองกำลังระยะสั้น ในทัศนศาสตร์ แนวคิดของนิวตันได้หลีกทางให้กับทฤษฎีคลื่นของแสงด้วยแบบจำลองการสั่นของตัวกลางที่ไม่มีตัวตน ที่ ทฤษฎีจลนศาสตร์ความร้อนปรากฏเป็นการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลของสสาร กลศาสตร์ต่อเนื่องมีส่วนทำให้เกิดการฟื้นฟูแนวคิดคาร์ทีเซียน นักวิทยาศาสตร์ที่มีสัญชาตญาณกระตือรือร้นเป็นคนแรกที่รู้สึกถึงความจำเป็นในการเปลี่ยนแปลง ใช่ นักวิจัยชาวเยอรมัน ถึง. เอฟ เกาส์ (1777-1855)และนักเรียนของเขา บี. รีมันน์ เสนอว่าแรงอิเล็กโทรไดนามิกไม่ได้กระทำในทันที แต่มีความเร็วจำกัดเท่ากับความเร็วของแสง นอกจากนี้ในช่วงกลางศตวรรษที่ XIX เกิดวิธีการทางคณิตศาสตร์ในรูปแบบของสมการเชิงอนุพันธ์ในอนุพันธ์ย่อย เครื่องมือนี้จำเป็นสำหรับการดำเนินการตามแนวคิดระยะสั้น สมการอุทกพลศาสตร์และอุณหพลศาสตร์หลายสมการกลายเป็นว่าเหมาะสำหรับอิเล็กโทรไดนามิกส์ ในยุค 40-50 ปัญหาในการสร้างอิเล็กโทรไดนามิกตามหลักการของการดำเนินการระยะสั้นอยู่ในวาระการประชุม และแมกซ์เวลล์แก้ไขได้

กฎเชิงประจักษ์ของฟาราเดย์ได้รับการแปลเป็นภาษาคณิตศาสตร์. แมกซ์เวลล์ใช้ข้อสรุปเชิงประจักษ์ของฟาราเดย์เป็นสื่อเริ่มต้นของเขา เขาเห็นงานหลักของเขาในการให้รูปแบบทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสมแก่พวกเขา งานนี้ดูไม่เป็นทางการเพราะการแปลภาพเชิงประจักษ์เป็นภาษาคณิตศาสตร์จำเป็นต้องมีความคิดสร้างสรรค์เป็นพิเศษ ดังนั้น จากการวิเคราะห์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ฟาราเดย์จึงเสนอแนวคิดเรื่อง "สถานะอิเล็กโทรนิกส์" ซึ่งการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กทำให้เกิดกระแสน้ำวน สนามไฟฟ้า.

สนามและอีเธอร์. จากมรดกของฟาราเดย์ แมกซ์เวลล์ยังใช้หลักการของการดำเนินการระยะสั้นและแนวคิดของสนาม พวกเขาเสริมซึ่งกันและกัน เนื่องจากการกระทำระยะสั้นต้องเกิดขึ้นในสื่อต่อเนื่องของวัสดุ และภาคสนามทำหน้าที่อย่างแม่นยำในตัวกลางนี้ จริงอยู่ ฟาราเดย์เข้าใจสนามอย่างไม่มีกำหนด และถือว่าตัวกลางเป็นสิ่งที่คล้ายกับตัวกลางที่เป็นก๊าซ และไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ Maxwell ได้สร้างแบบจำลองสนามไฟฟ้าในครั้งแรก โดยวางไว้ในตัวกลางที่มีลักษณะเหมือนของเหลวพิเศษ ซึ่งไม่สามารถบีบอัดได้ ไม่มีแรงเฉื่อย และไหล ประสบกับแรงต้าน ต่อมา อีเธอร์ได้รับการแก้ไขเป็นสื่อกลางสำหรับเขา ซึ่งเติมพื้นที่ทั้งหมดและแทรกซึมร่างกายที่มีน้ำหนักทั้งหมด แนวคิดนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายโดย Thomson ซึ่งอยู่ภายใต้อิทธิพลทางวิทยาศาสตร์ของ Maxwell จากที่นี่สนามของเขากลายเป็นพื้นที่ของอีเธอร์เชื่อมต่อโดยตรงกับไฟฟ้าและ ปรากฏการณ์แม่เหล็ก: "... สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นส่วนหนึ่งของอวกาศที่มีและล้อมรอบวัตถุที่อยู่ในสถานะไฟฟ้าหรือแม่เหล็ก"

ความฟุ่มเฟือยของอคติในปัจจุบัน. แนวคิดของสนามและอีเธอร์มีบทบาทชี้ขาดในการทำความเข้าใจองค์ประกอบสำคัญของทฤษฎี - สมมติฐานปัจจุบันของการกระจัด ในการทดลองของฟาราเดย์ สังเกตผลกระทบที่ระยะห่างอย่างมากจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำ ข้อเท็จจริงของข้อนี้ต้องการคำอธิบายเดียวกัน กระแสสลับผ่านฉนวนแยกแผ่นทั้งสองของตัวเก็บประจุ ในการรับรู้ของสายพันธุ์ใหม่ กระแสไฟฟ้าการพิจารณาความสมมาตรสามารถมีบทบาทได้ - กระแสนำถูกเสริมด้วยกระแสการกระจัด แต่การเคลื่อนไหวของหลังเป็นไปได้อย่างไร? และนี่คือที่มาของอีเธอร์ เช่นเดียวกับตัวนำ มันเป็นร่างกายที่มีการหายากและการซึมผ่านที่ดีเท่านั้น คุณสมบัติยืดหยุ่นของอีเธอร์ช่วยให้ตัวแปร สนามไฟฟ้าเลื่อนไปมานั่นคือผันผวน นี่คือกระแสดิสเพลสเมนต์ซึ่งมีรูปแบบของกระบวนการสั่นของคลื่นและแพร่กระจายในอีเทอร์นอกตัวนำ สามารถสร้างสนามแม่เหล็กได้เช่นเดียวกับการนำกระแสไฟฟ้า ตามกฎของการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับจะสร้างสนามไฟฟ้ากระแสสลับ ด้วยทฤษฎีของเขา แมกซ์เวลล์อนุมัติปฏิสัมพันธ์ทั้งหมด: สนามไฟฟ้ากระแสสลับใดๆ ขึ้นอยู่กับกระแสนำไฟฟ้าหรือกระแสการกระจัดจะสร้างสนามแม่เหล็กขึ้น มีความสมมาตรของอิทธิพลร่วมกันของสนามไดนามิกซึ่งถือเป็นธรรมชาติที่เป็นหนึ่งเดียวของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

แสงเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้า. ทฤษฎีของ Maxwell ช่วยให้เข้าใจแก่นแท้ของแสงได้ดีขึ้น ตั้งแต่สมัยโบราณ ได้มีการตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับ corpuscular (lat. corpusculum - body) ซึ่งระบุว่าแสงเป็นกระแสของอนุภาคขนาดเล็กมากที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง ตามสมมติฐานอื่น แสงเป็นคลื่นที่มีความยาวน้อยมาก ในตอนต้นของศตวรรษที่ XIX E. Jung และ O. Fresnel นำเสนอข้อโต้แย้งที่น่าเชื่อถือเพื่อสนับสนุนสมมติฐานคลื่น การวัดพบว่าความเร็วแสงอยู่ที่ประมาณ 300,000 กม./วินาที

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ใช่แค่แสง. ตามทฤษฎีของ Maxwell คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ายังแพร่กระจายด้วยความเร็ว 300,000 กม./วินาที ความบังเอิญของความเร็วและทฤษฎีคลื่นของแสงกระตุ้นให้นักวิทยาศาสตร์พิจารณาว่าแสงมาจากกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้า ทฤษฎีแสงเป็นการสลับกันของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กอย่างต่อเนื่องไม่เพียงแต่อธิบายข้อเท็จจริงเก่าได้ดีเท่านั้น แต่ยังทำนายปรากฏการณ์ที่ไม่รู้จักอีกด้วย นอกจากแสงที่มองเห็นได้ ควรมีอินฟราเรด รังสีอัลตราไวโอเลต และคลื่นประเภทอื่นๆ แสงยังต้องออกแรงกดบนสสารจำนวนหนึ่ง

การตรวจจับที่มีประสบการณ์ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า . ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ได้รับการตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2416 ในบทความเรื่องไฟฟ้าและแม่เหล็ก นักฟิสิกส์เกือบทั้งหมดสงสัยเกี่ยวกับเรื่องนี้ สมมติฐานปัจจุบันการกระจัดทำให้เกิดการปฏิเสธเป็นพิเศษ ไม่มีแนวคิดแปลกใหม่ในทฤษฎีของเวเบอร์และเฮล์มโฮลทซ์ ในสถานการณ์นี้ จำเป็นต้องมีหลักฐานของการทดลองที่เด็ดขาดและเกิดขึ้น ในปี พ.ศ. 2430 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน จี. เฮิรตซ์ (1857-1894)สร้างเครื่องกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและดำเนินการรับสัญญาณ ด้วยเหตุนี้จึงมีการค้นพบ "กระแสอคติ" ที่ลึกลับซึ่งเปิดโอกาสของการปฏิบัติใหม่ (วิทยุ, โทรทัศน์) ในปี พ.ศ. 2438 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน V.K. เรินต์เกนค้นพบรังสีชนิดใหม่ที่เรียกว่า X-ray และกลายเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่า รังสีอัลตราไวโอเลต. ในปี 1900 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย พี.เอ็น. เลเบเดฟ (2409-2455)ผ่านมาก การทดลองที่ละเอียดอ่อนค้นพบความกดดันของคลื่นแสงและวัดขนาดของมัน แนวปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดนี้ชี้ให้เห็นอย่างชัดเจนถึงทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ว่าเป็นภาพธรรมชาติที่แท้จริง

สสารคือสสารและสนามแม่เหล็กไฟฟ้า. เนื่องจากธรรมชาติพื้นฐานของมัน ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์มีอิทธิพลอย่างมากต่อภาพทางวิทยาศาสตร์ของธรรมชาติ การผูกขาดแนวคิดเรื่องสสารในระยะยาวพังทลายลง และด้วยแนวคิดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แนวคิดเรื่องสนามกายภาพเริ่มก่อตัวขึ้นเป็น สายพันธุ์อิสระวัตถุ. โปรแกรมการค้นพบความสามัคคีของธรรมชาติได้รับผลลัพธ์ที่น่าทึ่ง - ความแตกต่างในอดีตระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็กได้เปิดทางให้กระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าเดียว แมกซ์เวลล์แสดงให้เห็นถึงพลังฮิวริสติกในระดับสูงของสมมติฐานทางคณิตศาสตร์และให้ตัวอย่างการสังเคราะห์คณิตศาสตร์กับฟิสิกส์ อิเล็กโทรไดนามิกใหม่กลายเป็นความสำเร็จสูงสุดของฟิสิกส์คลาสสิก

งาน

1. ลักษณะเฉพาะของการพัฒนาทางชีววิทยาตั้งแต่ศตวรรษที่ 16 ถึงศตวรรษที่ 19 มีลักษณะอย่างไร

2. ทำไมการค้นพบโดย D.I. Mendeleev กฎหมายเป็นระยะถือเป็นการปฏิวัติทางเคมี?

3. กฎการอนุรักษ์พลังงานได้ข้อสรุปเชิงอุดมการณ์อะไรบ้าง

4. ทำไม Machists และ Energetists ถึงวิพากษ์วิจารณ์อะตอมมิก?

5. เป็นไปได้ไหมที่จะรับรู้ความสม่ำเสมอทางสถิติจากตำแหน่งของการกำหนดระดับ Laplacian?

6. อิเล็กโทรไดนามิกของ Maxwell นำแนวคิดใหม่อะไรมาบ้าง?

100 rโบนัสคำสั่งแรก

เลือกประเภทงาน งานบัณฑิต หลักสูตรการทำงานบทคัดย่อ วิทยานิพนธ์ระดับปริญญาโท ภาคปฏิบัติ บทความ รายงาน การตรวจทาน ทดสอบเอกสาร แก้ไขปัญหา แผนธุรกิจ ตอบคำถาม งานสร้างสรรค์การเขียนเรียงความ การเขียนเรียงความ การแปล การนำเสนอ การพิมพ์ อื่นๆ เพิ่มความเป็นเอกลักษณ์ของข้อความ วิทยานิพนธ์ของผู้สมัคร งานห้องปฏิบัติการช่วยเหลือออนไลน์

ขอราคาครับ

ในโลกยุคโบราณ นักคิดต่างนึกถึงธรรมชาติและแก่นแท้ของอวกาศและเวลา นักปรัชญาบางคนปฏิเสธความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของพื้นที่ว่างหรือการไม่มีอยู่จริงอย่างที่พวกเขาพูด เหล่านี้เป็นตัวแทนของโรงเรียน Eleatic ใน กรีกโบราณ - Parmenides และ Zenoนักปรัชญาคนอื่นๆ รวมทั้งเดโมคริตุส แย้งว่าความว่างเปล่ามีอยู่ เหมือนกับอะตอม และจำเป็นสำหรับการเคลื่อนไหวและการเชื่อมต่อของพวกมัน

จนถึงศตวรรษที่ 16 ระบบ geocentric ของปโตเลมีครอบงำในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สากลรุ่นแรกของโลก ซึ่งเวลานั้นไม่มีขอบเขต และที่ว่างก็มีจำกัด รวมทั้งเครื่องแบบ วงเวียนหมุนเวียน เทห์ฟากฟ้ารอบโลกที่พักผ่อน การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในเชิงพื้นที่และภาพทางกายภาพทั้งหมดเกิดขึ้นในระบบเฮลิโอเซนทริคของโลก ซึ่งเป็นตัวแทนของ โคเปอร์นิคัส.เมื่อตระหนักถึงการเคลื่อนที่ของโลก เขาปฏิเสธความคิดที่มีอยู่ก่อนทั้งหมดเกี่ยวกับความเป็นเอกลักษณ์ของมันในฐานะศูนย์กลางของจักรวาล และด้วยเหตุนี้จึงชี้นำการเคลื่อนที่ของความคิดทางวิทยาศาสตร์ไปสู่การรับรู้ถึงความอนันต์และอนันต์ของอวกาศ ความคิดนี้ได้รับการพัฒนาในปรัชญา จิออร์ดาโน่ บรูโน่,ที่สรุปว่าจักรวาลไม่มีที่สิ้นสุดและไม่มีศูนย์กลาง

มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับอวกาศโดย open กาลิเลโอหลักการของความเฉื่อย ตามหลักการนี้ ปรากฏการณ์ทางกายภาพ (ทางกล) ทั้งหมดเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันในทุกระบบที่เคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงด้วยค่าคงที่ความเร็วในขนาดและทิศทาง

การพัฒนาแนวคิดเพิ่มเติมเกี่ยวกับอวกาศและเวลานั้นสัมพันธ์กับภาพทางกายภาพและจักรวาลของโลก ร. เดส์การตส์.เขาใช้แนวคิดที่ว่าปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมดอธิบายได้ด้วยการกระทำทางกลของอนุภาควัสดุเบื้องต้น ผลกระทบที่เหมือนกันมาก เดส์การตแสดงในรูปของความดันหรือแรงกระแทกเมื่ออนุภาคสัมผัสกันและนำไปสู่ความคิดทางฟิสิกส์ ระยะใกล้

มีการนำเสนอภาพทางกายภาพใหม่ของโลกในกลศาสตร์คลาสสิก I. นิวตัน.เขาวาดภาพระบบดาวเคราะห์ที่กลมกลืนกัน ให้ทฤษฎีเชิงปริมาณที่เข้มงวดของการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ จุดสุดยอดของกลศาสตร์ของเขาคือทฤษฎีแรงโน้มถ่วงซึ่งประกาศกฎสากลของธรรมชาติ - กฎแห่งแรงโน้มถ่วง. ตามกฎนี้ วัตถุสองวัตถุใดๆ จะดึงดูดกันและกันด้วยแรงที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของวัตถุและเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง

กฎหมายนี้แสดงโดยสูตรต่อไปนี้:

ที่ไหน: k- ค่าคงตัวโน้มถ่วง m1, m2- มวลแรงโน้มถ่วง r- ระยะห่างระหว่างพวกเขา

กฎข้อนี้ไม่ได้กล่าวถึงการพึ่งพาแรงโน้มถ่วงตรงเวลา แรงดึงดูดทางคณิตศาสตร์ล้วนๆ เรียกได้ว่าเป็นพิสัยไกลมันเชื่อมต่อร่างกายที่มีปฏิสัมพันธ์ทันทีและการคำนวณของมันไม่ต้องการสมมติฐานใด ๆ เกี่ยวกับสื่อที่ส่งปฏิสัมพันธ์

เมื่อขยายกฎความโน้มถ่วงไปทั่วทั้งจักรวาล นิวตันยังพิจารณาถึงโครงสร้างที่เป็นไปได้ของมันด้วย เขาได้ข้อสรุปว่าจักรวาลไม่มีที่สิ้นสุด เฉพาะในกรณีนี้เท่านั้นที่สามารถบรรจุวัตถุอวกาศได้มากมาย - จุดศูนย์ถ่วง ภายในกรอบของแบบจำลองนิวโทเนียนของจักรวาล ได้กำหนดแนวคิดของพื้นที่อนันต์ซึ่งมีวัตถุจักรวาลซึ่งเชื่อมต่อถึงกันด้วยแรงโน้มถ่วง การค้นพบกฎพื้นฐานของไฟฟ้าสถิตและสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 18 ในรูปแบบทางคณิตศาสตร์ที่คล้ายคลึงกันกับกฎความโน้มถ่วงสากล ได้รับการยืนยันเพิ่มเติมในจิตใจของนักวิทยาศาสตร์ถึงแนวคิดของแรงพิสัยไกลที่ ขึ้นอยู่กับระยะทางแต่ไม่ตรงเวลา

การหันเข้าหาแนวคิดของการกระทำระยะสั้นนั้นสัมพันธ์กับแนวคิดของฟาราเดย์และมาสก์เวลล์ผู้พัฒนาแนวคิดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าให้เป็นจริงทางกายภาพที่เป็นอิสระ จุดเริ่มต้นสำหรับสิ่งนี้คือการจดจำปฏิสัมพันธ์ระยะสั้นและอัตราการส่งสัญญาณที่จำกัดของการโต้ตอบใดๆ

ข้อสรุปที่ว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นแยกออกจากการปล่อยและสามารถดำรงอยู่อย่างอิสระและแพร่กระจายในอวกาศได้ดูเหมือนไร้สาระ แมกซ์เวลล์เองก็พยายามอย่างดื้อรั้นที่จะได้สมการมาจาก คุณสมบัติทางกลอีเธอร์ แต่เมื่อเฮิรตซ์ทำการทดลองค้นพบการมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า นี่เป็นข้อพิสูจน์ที่แน่ชัดถึงความถูกต้องของทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ ตำแหน่งของการกระทำระยะไกลทันทีเกิดขึ้นโดยการกระทำระยะสั้นที่ส่งด้วยความเร็วจำกัด

การกระทำที่ใกล้ชิดคือการเป็นตัวแทนตามปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุที่อยู่ห่างไกลจากกันและกันโดยใช้สื่อกลาง (สนาม) และดำเนินการด้วยความเร็ว จำกัด ในตอนต้นของศตวรรษที่ 18 ควบคู่ไปกับทฤษฎีการกระทำระยะสั้น ทฤษฎีที่ตรงกันข้ามของการกระทำระยะไกลได้ถือกำเนิดขึ้นตามที่ร่างกายกระทำต่อกันโดยไม่มีตัวกลาง ผ่านความว่างเปล่า ในทุกระยะทาง เป็นต้น การโต้ตอบจะดำเนินการด้วยความเร็วสูงอย่างไม่สิ้นสุด (แต่ปฏิบัติตามกฎหมายบางข้อ) ตัวอย่างของการกระทำระยะไกลถือได้ว่าเป็นแรงโน้มถ่วงสากลในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงแบบคลาสสิกโดย I. Newton

M.V. Lomonosov ถือเป็นหนึ่งในผู้ก่อตั้งทฤษฎีการกระทำระยะสั้น Lomonosov เป็นศัตรูของทฤษฎีระยะยาว โดยเชื่อว่าร่างกายไม่สามารถกระทำกับวัตถุอื่นได้ทันที เขาเชื่อว่าปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าถูกส่งจากร่างกายสู่ร่างกายผ่านสื่อพิเศษ "อีเธอร์" ที่เติมพื้นที่ว่างทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ช่องว่างระหว่างอนุภาคที่ประกอบเป็น "สสารที่มีน้ำหนัก" เช่น สสาร ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าตาม Lomonosov ควรพิจารณาการเคลื่อนไหวด้วยกล้องจุลทรรศน์บางอย่างที่เกิดขึ้นในอีเธอร์ เช่นเดียวกับปรากฏการณ์แม่เหล็ก

อย่างไรก็ตาม แนวคิดเชิงทฤษฎีของ Lomonosov และ L. Euler ไม่สามารถพัฒนาได้ในขณะนั้น หลังจากการค้นพบกฎของคูลอมบ์ซึ่งอยู่ในรูปแบบเดียวกับกฎความโน้มถ่วงสากล ทฤษฎีของการกระทำระยะยาวเข้ามาแทนที่ทฤษฎีการกระทำระยะสั้นโดยสิ้นเชิง และในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 เท่านั้น M. Faraday ได้รื้อฟื้นทฤษฎีการกระทำระยะสั้น ฟาราเดย์กล่าวว่า ค่าไฟฟ้าไม่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อกัน แต่ละคนสร้างสนามไฟฟ้าและแม่เหล็ก (ถ้ามันเคลื่อนที่) ในพื้นที่โดยรอบ ฟิลด์ของการชาร์จหนึ่งครั้งมีผลกับอีกรายการหนึ่งและในทางกลับกัน การรับรู้ทั่วไปของทฤษฎีการกระทำระยะสั้นเริ่มต้นขึ้นในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 หลังจากการพิสูจน์การทดลองของทฤษฎีของเจ. แม็กซ์เวลล์ ผู้ซึ่งจัดการให้แนวคิดของฟาราเดย์มีรูปแบบเชิงปริมาณที่แน่นอน ซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งในวิชาฟิสิกส์ - ระบบสมการของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทฤษฎีการกระทำระยะสั้นกับทฤษฎีการกระทำระยะไกลคือการมีอยู่ ความเร็วสูงสุดการแพร่กระจายของการโต้ตอบ (สนาม, อนุภาค) - ความเร็วของแสง ในฟิสิกส์สมัยใหม่ มีการแบ่งสสารที่ชัดเจนออกเป็นอนุภาค-ผู้เข้าร่วม (หรือแหล่งที่มา) ของปฏิสัมพันธ์ (เรียกว่า สสาร) และอนุภาค-พาหะของปฏิสัมพันธ์ (เรียกว่า สนาม) จากปฏิสัมพันธ์พื้นฐานสี่ประเภท สามประเภทได้รับการพิสูจน์ทดลองที่เชื่อถือได้ของการมีอยู่ของอนุภาคพาหะ: อันตรกิริยาที่แรง อ่อน และแม่เหล็กไฟฟ้า ขณะนี้มีความพยายามในการตรวจจับพาหะของปฏิกิริยาโน้มถ่วง - ที่เรียกว่า

ต้องขอบคุณการวิจัยและความสำเร็จของ Oersted, Faraday, Maxwell, Hertz, Popov แสดงให้เห็นว่าสสารมีอยู่ไม่เพียง แต่ในรูปแบบของสสาร แต่ยังอยู่ในรูปของภาคสนามด้วย การรับรู้ความเป็นจริงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าหมายถึงชัยชนะในวิชาฟิสิกส์ แนวคิดระยะใกล้เหนือมาตรฐานในศตวรรษที่ 19 แนวคิดระยะยาว. เรามาดูสาระสำคัญของแนวคิดเหล่านี้กัน

ระยะยาวและระยะสั้น - แนวคิดตรงข้าม ออกแบบมาเพื่ออธิบาย ลักษณะทั่วไปปฏิสัมพันธ์ของวัตถุทางกายภาพ

ทันทีหลังจากการค้นพบกฎความโน้มถ่วงสากลของนิวตันและหลังจากการค้นพบกฎของปฏิกิริยาประจุไฟฟ้าสถิตของคูลอมบ์คำถามเชิงปรัชญาก็เกิดขึ้น: เหตุใดวัตถุทางกายภาพที่มีมวลจึงกระทำต่อกันในระยะไกลผ่านพื้นที่ว่างและทำไมวัตถุที่มีประจุจึงมีปฏิสัมพันธ์ แม้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า? ก่อนการแนะนำแนวคิดภาคสนาม ไม่มีคำตอบที่น่าพอใจสำหรับคำถามเหล่านี้ เชื่อกันมานานแล้วว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างร่างกายสามารถทำได้โดยตรงผ่านพื้นที่ว่างซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการถ่ายโอนปฏิสัมพันธ์และการถ่ายโอนปฏิสัมพันธ์จึงเกิดขึ้นทันที สมมติฐานนี้เป็นสาระสำคัญของแนวคิด ระยะยาวอนุญาตให้ดำเนินการนอกเวลาและพื้นที่ หลังจากนิวตัน แนวคิดนี้ก็ได้ ใช้กันอย่างแพร่หลายในวิชาฟิสิกส์ แม้ว่านิวตันเองจะเข้าใจว่าแรงพิสัยไกลที่เขาแนะนำ (เช่น ความโน้มถ่วง) เป็นเพียงอุปกรณ์ทางการที่ทำให้สามารถอธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ซึ่งถูกต้องในระดับหนึ่ง

ในการวิจัยเกี่ยวกับไฟฟ้าและแม่เหล็ก แนวคิดของการกระทำระยะไกล ไม่นานก่อนการวิจัยของฟาราเดย์ เวลานานแนวคิดเชิงกลไกของการมีปฏิสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดตามที่ร่างกายที่มีปฏิสัมพันธ์ต้องสัมผัส ชัยชนะนี้นำไปสู่ทฤษฎีและกฎหมายที่สำคัญจำนวนหนึ่ง (กฎของคูลอมบ์, อิเล็กโทรไดนามิกของแอมแปร์) อย่างไรก็ตามในช่วงกลางศตวรรษที่ XIX ความคิดของความจำเป็นในการละทิ้งการกระทำระยะยาวในอิเล็กโทรไดนามิกการรับรู้หลักการของการกระทำระยะสั้นและความเร็ว จำกัด ของการแพร่กระจายของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าเริ่มครอบงำจิตใจของนักวิทยาศาสตร์ (Gauss, Riemann) แต่ ไม่มีใครยกเว้น Maxwell ที่พัฒนาแนวคิดนี้และนำไปสู่ระดับของทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์

แนวคิด ระยะสั้นระบุว่าผลกระทบใด ๆ ต่อวัตถุวัตถุสามารถส่งจากจุดที่กำหนดในอวกาศไปยังจุดใกล้เคียงที่ใกล้ที่สุดและในช่วงเวลาที่กำหนดเท่านั้น ในทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าปฏิกิริยาระหว่างวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าไม่ได้เกิดขึ้นทันที แต่ด้วยความเร็วจำกัดเท่ากับความเร็วของแสงในสุญญากาศ - 300,000 กม./วินาที.

ดังนั้นการพัฒนาแนวคิดของสนามกายภาพจึงมีส่วนช่วยในการเสริมความแข็งแกร่งของแนวคิดเรื่องการโต้ตอบระยะสั้นซึ่งไม่เพียงขยายไปยังแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการโต้ตอบประเภทอื่นด้วย

การพัฒนาแนวคิดของอวกาศและเวลาในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

ในภาพกลไกของโลกแนวคิด ช่องว่างและ เวลาโดยไม่คำนึงถึงคุณสมบัติของวัตถุเคลื่อนที่ อวกาศทำหน้าที่เป็นภาชนะสำหรับเคลื่อนย้ายร่างกายและเวลาเป็นพารามิเตอร์ซึ่งเครื่องหมายสามารถย้อนกลับได้ คุณลักษณะอีกประการของภาพกลไกของโลกคือในนั้นอวกาศและเวลาในรูปแบบของการมีอยู่ของสสารได้รับการศึกษาแยกกันและแยกจากกันซึ่งเป็นผลมาจากการเชื่อมต่อไม่ได้

หลักการสัมพัทธภาพ

เมื่อภาพกลไกของโลกครอบงำในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติและมีแนวโน้มที่จะลดคำอธิบายของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมดให้กับกฎของกลศาสตร์ หลักการสัมพัทธภาพกำหนดโดยกาลิเลโอในกรอบของกลไกคลาสสิก ไม่ต้องสงสัยเลย สถานการณ์เปลี่ยนไปอย่างมากเมื่อนักฟิสิกส์ต้องจับใจกับการศึกษาปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า แม่เหล็ก และทางแสง แมกซ์เวลล์รวมปรากฏการณ์เหล่านี้ไว้ในกรอบของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าแบบครบวงจร ในเรื่องนี้ คำถามเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ: หลักการสัมพัทธภาพใช้ได้กับปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าด้วยหรือไม่

ในปี ค.ศ. 1905 A. Poincaré นักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส (ค.ศ. 1854–1912) ได้กำหนดหลักการของสัมพัทธภาพเป็นกฎฟิสิกส์ทั่วไปที่ใช้ได้กับปรากฏการณ์ทางกลและแม่เหล็กไฟฟ้า ตามหลักการนี้ กฎของปรากฏการณ์ทางกายภาพจะต้องเหมือนกันทั้งสำหรับผู้สังเกตขณะพักและผู้สังเกตในสภาวะที่สม่ำเสมอ การเคลื่อนที่แบบเส้นตรง. ตามหลักการสัมพัทธภาพ ทฤษฎีทางกายภาพใหม่ของอวกาศและเวลาได้พัฒนาขึ้น - .

A. Poincaré เป็นคนแรกที่แนะนำว่าหลักการความเท่าเทียมกันของระบบพิกัดเฉื่อยทั้งหมดควรนำไปใช้กับปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าเช่น หลักการสัมพัทธภาพใช้กับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมด นี้นำไปสู่ความจำเป็นในการพิจารณาแนวคิดของ ช่องว่างและ เวลา. อย่างไรก็ตาม Poincare ไม่ได้ระบุถึงความจำเป็นในเรื่องนี้ สิ่งนี้ทำครั้งแรกโดย A. Einstein (1979–1955)

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ- ทฤษฎีฟิสิกส์ที่ถือว่าอวกาศและเวลาเป็นรูปแบบที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดของการมีอยู่ของสสาร. ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษถูกสร้างขึ้นในปี ค.ศ. 1905-1908 ผลงานของ H. Lorentz, A. Poincaré, A. Einstein และ G. Minkowski จากการวิเคราะห์ข้อมูลการทดลองที่เกี่ยวข้องกับการมองเห็นและ ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งโดยทั่วไปโดยสมมุติฐานต่อไปนี้:

· หลักการสัมพัทธภาพโดยที่กฎแห่งธรรมชาติทั้งหลายจะต้องเหมือนกันหมดทุกประการ ระบบเฉื่อยอ้างอิง;

· หลักการคงตัวของความเร็วแสงตามความเร็วของแสงในสุญญากาศจะเท่ากันในทุกกรอบอ้างอิงเฉื่อยและไม่ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดแสงและเครื่องรับ

หลักการสัมพัทธภาพในสูตรของไอน์สไตน์เป็นการสรุปทั่วไปของหลักการสัมพัทธภาพกาลิเลโอซึ่งกำหนดขึ้นเฉพาะสำหรับ การเคลื่อนไหวทางกล. หลักการนี้เกิดขึ้นจากชุดการทดลองทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กโทรไดนามิกส์และทัศนศาสตร์ของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่

การทดลองที่แน่นอนของ Michelson ในยุค 80 ของศตวรรษที่ XIX พบว่าระหว่างการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ความเร็วไม่รวมกัน ตัวอย่างเช่น ถ้าตามทิศทางการเคลื่อนที่ของรถไฟที่มีความเร็วเท่ากับ v1,ส่งสัญญาณไฟด้วยความเร็ว v2ใกล้เคียงกับความเร็วแสงในสุญญากาศ แล้วความเร็วของสัญญาณเทียบกับแท่นจะน้อยกว่าผลรวม v1+v2และโดยทั่วไปไม่สามารถเกินความเร็วแสงในสุญญากาศได้ ความเร็วในการขยายพันธุ์ สัญญาณไฟไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วของแหล่งกำเนิดแสง ข้อเท็จจริงนี้ขัดแย้งกับหลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ

ตัวอย่างเช่น หลักการความคงตัวของความเร็วแสงสามารถตรวจสอบได้โดยการวัดความเร็วของแสงจากด้านตรงข้ามของดวงอาทิตย์ที่กำลังหมุนรอบดวงอาทิตย์ โดยขอบด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์จะเคลื่อนที่เข้าหาเราเสมอ แม้ว่าแหล่งกำเนิดจะเคลื่อนที่ ความเร็วของแสงในสุญญากาศจะเท่ากันเสมอและเท่ากับ s=300,000 กม./วินาที.

หลักการทั้งสองนี้ขัดแย้งกันจากมุมมองของแนวคิดหลักของฟิสิกส์คลาสสิก

ภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกเกิดขึ้น: การปฏิเสธหลักการความคงตัวของความเร็วแสงหรือหลักการสัมพัทธภาพ หลักการแรกได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างแม่นยำและชัดเจนจนเห็นได้ชัดว่าไม่ยุติธรรมที่จะปฏิเสธและนอกจากนี้มันยังเชื่อมโยงกับความซับซ้อนที่มากเกินไปของการอธิบายกระบวนการของธรรมชาติ ไม่มีปัญหาเกิดขึ้นเมื่อหลักการสัมพัทธภาพถูกปฏิเสธในด้านกระบวนการทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ความขัดแย้งที่ชัดเจนระหว่างหลักการสัมพัทธภาพกับกฎความคงตัวของความเร็วแสงเกิดขึ้นเนื่องจากกลศาสตร์คลาสสิกตาม Einstein อาศัย "สมมติฐานที่ไม่ยุติธรรมสองข้อ":

ช่วงเวลาระหว่างสองเหตุการณ์ไม่ขึ้นอยู่กับสถานะของการเคลื่อนไหวของกรอบอ้างอิง

ระยะห่างระหว่างจุดสองจุด ร่างกายแข็งแรงไม่ขึ้นอยู่กับสภาพการเคลื่อนที่ของกรอบอ้างอิง

จากสมมติฐานที่ดูเหมือนค่อนข้างชัดเจนเหล่านี้ กลศาสตร์คลาสสิกยอมรับโดยปริยายว่าค่าของช่วงเวลาและระยะทางมีค่าสัมบูรณ์ กล่าวคือ ไม่ขึ้นอยู่กับสถานะการเคลื่อนที่ของวัตถุอ้างอิง ปรากฎว่าถ้าคนในรถเคลื่อนที่สม่ำเสมอ เช่น ระยะทาง 1 เมตรในหนึ่งวินาที เขาจะผ่านเส้นทางเดียวกันที่สัมพันธ์กับพื้นถนนในหนึ่งวินาที ในทำนองเดียวกัน เชื่อกันว่ามิติเชิงพื้นที่ของร่างกายในกรอบอ้างอิงสำหรับพักและเคลื่อนที่ยังคงเหมือนเดิม และแม้ว่าสมมติฐานเหล่านี้จากมุมมองของจิตสำนึกธรรมดาและสามัญสำนึกดูเหมือนจะชัดเจนในตัวเอง แต่ถึงกระนั้น พวกเขาไม่เห็นด้วยกับผลการทดลองที่ดำเนินการอย่างรอบคอบซึ่งยืนยันข้อสรุปของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษใหม่

3.4.2. การแปลงลอเรนซ์

ไอน์สไตน์เมื่อทำงานกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษไม่ได้ละทิ้งหลักการของสัมพัทธภาพ แต่กลับให้มากกว่านั้น แบบฟอร์มทั่วไป. ในขณะเดียวกันก็จำเป็นต้องเปลี่ยนความเข้าใจเรื่องอวกาศและเวลาอย่างสิ้นเชิงเพื่อสร้างพื้นฐาน ทฤษฎีใหม่การเปลี่ยนแปลงความสัมพันธ์เชิงพื้นที่และเวลาระหว่างวัตถุ

ให้เราพิจารณาว่าการเปลี่ยนแปลงของพิกัดเชิงพื้นที่และเวลาต้องเป็นไปตามเงื่อนไขใดในการเปลี่ยนจากกรอบอ้างอิงหนึ่งไปยังอีกกรอบหนึ่ง หากเรายอมรับสมมติฐานของกลศาสตร์ดั้งเดิมเกี่ยวกับธรรมชาติสัมบูรณ์ของระยะทางและเวลา สมการการแปลงที่เรียกว่าการแปลงกาลิเลียนจะมีรูปแบบดังนี้:

x = x' + vt',

y = y',

z = z',

เสื้อ = t'

อย่างไรก็ตาม การรับรู้หลักการความคงตัวของความเร็วแสงจำเป็นต้องมีการแทนที่การเปลี่ยนแปลงของกาลิลีด้วยสูตรอื่นๆ ที่ไม่ขัดแย้งกับหลักการนี้ ไอน์สไตน์แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวซึ่งไม่ขัดแย้งกับหลักการคงตัวของความเร็วคือสิ่งที่เรียกว่า การแปลงลอเรนซ์ได้รับการตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ H. A. Lorenz (1853–1928)

ในกรณีที่กรอบอ้างอิงหนึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์กับกรอบอ้างอิงอีกกรอบหนึ่งอย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงตามแนวแกน x Xสูตรสำหรับการแปลงลอเรนซ์ ซึ่งรวมถึงการแปลงของเวลา มีรูปแบบดังนี้

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 ,

ที่ไหน วีคือ ความเร็วของการเคลื่อนที่ของระบบพิกัด (x',y',z')สัมพันธ์กับระบบพิกัด (x,y,z),  คคือความเร็วแสง

จากการแปลงแบบลอเรนซ์ เป็นเรื่องง่ายที่จะตรวจสอบว่าไม้บรรทัดที่แข็งทื่อซึ่งเคลื่อนที่ไปตามทิศทางของความยาวนั้นจะสั้นกว่าไม้บรรทัดแบบอยู่กับที่ และยิ่งสั้นเท่าไหร่ก็ยิ่งเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น อันที่จริง โดยใช้สมการแรกของการแปลงลอเรนซ์ เราจะได้ความยาวของไม้บรรทัดที่เคลื่อนที่เทียบกับหน้าต่างอ้างอิงคงที่ ล. \u003d ล. 0 (1–v 2 / c 2) 1/2, ที่ไหน ล 0 -ความยาวของไม้บรรทัดในระบบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับไม้บรรทัด

กลศาสตร์สัมพัทธภาพ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษมีที่มาจาก ไฟฟ้ากระแสและไม่ได้เปลี่ยนแปลงเนื้อหาเพียงเล็กน้อย แต่ในทางกลับกัน มันทำให้โครงสร้างทางทฤษฎีง่ายขึ้นอย่างมาก นั่นคือ ที่มาของกฎหมายและที่สำคัญที่สุดคือลดจำนวนสมมติฐานอิสระที่เป็นพื้นฐาน

กับ กลศาสตร์คลาสสิกกรณีแตกต่างกันบ้าง เพื่อให้สอดคล้องกับสมมติฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ กลศาสตร์คลาสสิกจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงบางอย่าง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกี่ยวข้องกับกฎการเคลื่อนที่เร็วเป็นหลัก กล่าวคือ การเคลื่อนที่ที่เทียบได้กับความเร็วแสง ภายใต้สภาพพื้นโลกธรรมดา เราพบความเร็วที่ต่ำกว่าความเร็วแสงมาก ดังนั้นการแก้ไขที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพต้องทำจึงมีขนาดเล็กมาก และในหลายกรณีแทบจะไม่สามารถละเลยได้

กลไกใหม่ขึ้นอยู่กับ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ซึ่งเป็นการรวมหลักการสัมพัทธภาพกับข้อความเกี่ยวกับความจำกัดของความเร็วสูงสุดของการขยายพันธุ์แบบมีปฏิสัมพันธ์เรียกว่า กลศาสตร์สัมพัทธภาพ.

ข้อสรุปหลักของกลศาสตร์สัมพัทธภาพคือการยืนยันว่ามวลของร่างกาย ม, ความยาวของมัน lและระยะเวลาจัดงาน Dtขึ้นอยู่กับค่าอัตราส่วนความเร็วของร่างกาย วีด้วยความเร็วแสง คและถูกกำหนดโดยสูตร:

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

ล. \u003d ล. 0 (1 -v 2 / c 2) 1/2,

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

ที่ไหน ม. 0, ล. 0, Dt 0คือ มวลของร่างกาย ความยาว และระยะเวลาของเหตุการณ์ในกรอบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับร่างกาย

ตัวอย่างเช่น หากยานอวกาศสองลำอยู่ในสถานะการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ ผู้สังเกตการณ์บนเรือแต่ละลำจะเห็นเรืออีกลำหดตัวในทิศทางที่เคลื่อนที่ และนักบินอวกาศจะลดน้ำหนักและเคลื่อนที่ช้าๆ ปรากฏการณ์ทั้งหมดที่มีการเคลื่อนที่เป็นระยะ ๆ ดูเหมือนจะช้าลง - การเคลื่อนที่ของลูกตุ้ม การสั่นของอะตอม ฯลฯ ที่ความเร็วปกติ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีขนาดเล็กมาก: โลกซึ่งเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ด้วยความเร็ว 30 กม./ชมจะปรากฏแก่ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่นิ่งเมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์ โดยจะลดลงเพียงไม่กี่เซนติเมตร เมื่อความเร็วสัมพัทธ์มีมาก การเปลี่ยนแปลงก็มีความสำคัญ

นอกจากการเปลี่ยนแปลงในระยะเวลาและระยะเวลาแล้ว กลศาสตร์สัมพัทธภาพยังให้ การเปลี่ยนแปลงมวลเชิงสัมพันธ์ .

มวลของวัตถุที่กำหนดโดยการวัดแรงที่ต้องใช้เพื่อให้ความเร่งที่กำหนดแก่ร่างกายเรียกว่า มวลเฉื่อย. สำหรับผู้สังเกตการณ์ใน ยานอวกาศและพักเทียบกับวัตถุบางอย่าง มวลเฉื่อยของวัตถุนี้ยังคงเท่าเดิมโดยไม่คำนึงถึงความเร็วของเรือ วีและเรียกว่ามวลที่เหลือ มวลเฉื่อยของวัตถุนี้สำหรับผู้สังเกตการณ์บนโลกเรียกว่ามวลสัมพัทธภาพและขึ้นอยู่กับความเร็วสัมพัทธ์ของผู้สังเกตและวัตถุที่สังเกต เมื่อความเร็วของวัตถุเข้าใกล้ความเร็วแสง มวลของวัตถุก็จะเพิ่มขึ้นอย่างไม่มีกำหนด และใกล้จะถึงจุดอนันต์แล้ว ดังนั้น ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เกินความเร็วแสงจึงเป็นไปไม่ได้

จากกลศาสตร์สัมพัทธภาพ เราสามารถหากฎความสัมพันธ์ระหว่างมวลกับพลังงานได้ ซึ่งมีบทบาทสำคัญใน ฟิสิกส์นิวเคลียร์:

อี \u003d mc 2,

ที่ไหน ม- มวลร่างกาย, อี-พลังงานของเขา

การทดลองยืนยันข้อสรุปหลักของกลศาสตร์เชิงสัมพันธ์นั้นใช้เพื่อยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ ซึ่งได้รับการยืนยันทุกวันในห้องทดลองของนักวิทยาศาสตร์ปรมาณูที่ทำงานกับอนุภาคที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เทียบได้กับความเร็วแสงเป็นครั้งแรกในตัวอย่างของอิเล็กตรอน และตามด้วยอนุภาคมูลฐานอื่นๆ การทดลองที่ออกแบบอย่างระมัดระวังด้วยอนุภาคดังกล่าวได้ยืนยันการคาดการณ์ของสัมพัทธภาพพิเศษว่ามวลของพวกมันเพิ่มขึ้นตามความเร็วที่เพิ่มขึ้น

ด้วยความเร็วปกติ วี<< c กลศาสตร์สัมพัทธภาพผ่านเข้าสู่กลศาสตร์คลาสสิกของนิวตัน ก็พอเพียงที่จะสังเกตว่าแม้ที่ความเร็วของดาวเทียม Earth ซึ่งมีค่าประมาณ 8 กม./วินาที, การแก้ไขมวลจะอยู่ที่ประมาณหนึ่งในสองพันล้านของมวลนั้น ในปี 1928 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ P. Dirac ได้รวมทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและกลศาสตร์ควอนตัม (กลศาสตร์ของอนุภาคขนาดเล็ก) เข้าด้วยกันเป็น กลศาสตร์ควอนตัมสัมพัทธภาพอธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง