Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Электромагнитная картина мира. Поэтому уже в XIX в. физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной




 

Поэтому уже в XIX в. физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны давно, но изучались обособленно друг от друга. Дальнейшие исследования показали, что между ними существует глубокая взаимосвязь, изучение которой привело к созданию единой электромагнитной теории.

Датский ученый Х. Эрстед (1777-1851), поместив над проводником, по которому идет электрический ток, магнитную стрелку, обнаружил, что она отклоняется от первоначального положения. Это привело ученого к мысли, что электрический ток создает магнитное поле.

Позднее английский физик М. Фарадей (1791-1867), вращая замкнутый медный контур в магнитном поле, открыл, что в нем возникает электрический ток. Следовательно, магнитное поле может порождать электрическое. Осмысливая свои эксперименты, он ввел понятие «силовые линии». М. Фарадей, обладавший талантом экспериментатора и богатым воображением, представлял себе передачи взаимодействий электрических зарядов в некотором «силовом поле». На основе своего представления о силовых линиях он предположил, что существует глубокое родство электрических и световых явлений, т.е. рассматривал свет как колебания силового поля. Эта мысль была необычайно смела для того времени. В процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М. Фарадей пришел к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Он выдвинул новые идеи относительно материи, пространства и времени. Совокупность неделимых атомов перестала быть конечным пределом делимости материи. Она стала выступать в качестве единого абсолютного непрерывного бесконечного поля с силовыми точечными центрами – электрическими зарядами и волновым движением в нем. Движение понималось в этом смысле не только как простое механическое перемещение тел, а первичным в новой форме движения становилось распространение колебаний в поле, которое описывалось не законами механики, а законами электродинамики. Ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени не подходила к электромагнитным представлениям, поскольку поле является абсолютно непрерывной материей, т.е. пустого пространства в нем нет. Также и время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. Пространство и время перестали быть самостоятельными от материи сущностями. Новая картина мира требовала нового решения проблемы взаимодействия. Ньютоновская концепция дальнодействия: взаимодействие между телами происходит мгновенно и на любом расстоянии (без посредника) заменилась фарадеевским принципом близкодействия: любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.

Его работы стали исходным пунктом для исследований
Дж. К. Максвелла, заслуга которого состоит в математической обработке идей М. Фарадея о магнетизме и электричестве. Используя высокоразвитые математические методы, Дж.К. Максвелл «перевел» модель силовых линий М. Фарадея в математическую формулу. «Поле сил» первоначально складывалось как вспомогательное математическое понятие. Дж.К. Максвелл придал ему физический смысл и стал рассматривать поле как самостоятельную физическую реальность. «Электромагнитное поле – это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом и магнитном состоянии». Обобщив установленные ранее экспериментальным путем законы электромагнитных явлений (Ш. Кулона, А. Ампера, Био-Савара, П. Лапласа) и открытое М. Фарадеем явление электромагнитной индукции, Дж.К. Максвелл чисто математическим путем нашел систему дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитное поле. Эта система уравнений дает в пределах своей применимости полное описание электромагнитных явлений и представляет собой столь же совершенную и логически стройную теорию, как и система ньютоновской механики. Из уравнений следовал важнейший вывод о возможности самостоятельного существования поля, не «привязанного» к электрическим зарядам. В дифференциальных уравнениях Дж.К. Максвелла вихри электрического и магнитных полей определяются производными по времени не от своих, а от чужих полей: электрическое – от магнитного и, наоборот, магнитное – от электрического. Поэтому если меняется со временем магнитное поле, то существует и переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, ведет к изменению магнитного. В результате происходит постоянное изменение векторов напряженности электрического и магнитного полей, т.е. возникает переменное электромагнитное поле, которое уже не привязано к заряду. Оно «отрывается» от него, самостоятельно существуя и распространяясь в пространстве. Вычисленная Дж. К. Максвеллом скорость распространения электромагнитного поля оказалась равна скорости света. Исходя из этого, он смог заключить, что световые волны электромагнитные, т.е. создал электромагнитную теорию.

Единство света и электричества было экспериментально подтверждено немецким физиком Г. Герцем (1857-1894) в 1888 г. В экспериментах Г. Герца в результате искровых разрядов между двумя заряженными шарами появлялись электромагнитные волны. Когда они попадали на круговой проволочный виток, то создавали в нем ток, о появлении которого свидетельствовали искры, проскакивающие через разрыв. Он успешно поставил эксперименты по отражению этих волн и их интерференции. Зная частоту колебаний, он смог рассчитать скорость распространения электромагнитных волн, которая оказалась равна скорости света. Это подтвердило гипотезу Дж.К. Максвелла. После экспериментов Г. Герца в физике окончательно утвердилось понятие поля не в качестве вспомогательной материальной конструкции, а как объективно существующей физической реальности. Был открыт качественно новый, своеобразный вид материи.

Таким образом, было показано, что в мире существует не только вещество в виде тел, но и разнообразные физические поля. Полевой механизм передачи взаимодействий следующий: заряд создает соответствующее поле, которое действует на соответствующие поля.

После того, как объектом изучения физиков наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер.

Таким образом, к концу XIX в. физики пришли к выводу, что материя существует в двух видах: дискретного вещества и непрерывного поля.

Описание материи в виде вещества и поля является проявлением принципа дополнительности. Вещество и поле являются разными сущностями одного и того же явления: нет вещества без поля, нет поля без вещества. Это важное философское обобщение нашло математическое выражение в формуле А. Эйнштейна:

E = m∙С2 ,

где Е – энергия (поле);

m – масса (вещество);

С – скорость света в пустоте ≈ 3∙1010 см/с.

Таким образом, формы существования материи – вещество и поле – взаимосвязаны. В их взаимных превращениях проявляются внутренние противоречия, которые являются неотъемлемым свойством любого существования.

Основные отличия вещества и поля

 

- вещество и поле различаются как корпускулярные и волновые сущности: вещество дискретно и состоит из атомов, а поле непрерывно;

- вещество и поле различаются по своим физическим характеристикам: частицы вещества обладают массой покоя, а поле – нет;

- вещество и поле различаются по степени проницаемости: вещество мало проницаемо, а поле, наоборот, полностью проницаемо.

Скорость распространения поля равна скорости света, а скорость движения частиц вещества меньше ее на много порядков.

Понятие поля в 30-е годы XIX в. впервые ввел М. Фарадей. В настоящее время известно несколько разновидностей полей: электромагнитные, гравитационные, поля ядерных сил, волновые (квантовые поля), соответствующие разным элементарным частицам.

Электромагнитное поле – это особая форма материи, возникающая вокруг движущихся электрических зарядов и распространяющаяся со скоростью света, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. Его проявление изучает электродинамика.

Посредством гравитационного поля осуществляется универсальное взаимодействие между любыми видами материи.

Современная фундаментальная физика стремится к созданию единой теории поля, объединяющей все взаимодействия. Еще в 1919-1920 гг., когда физики полагали, что все взаимодействия в природе сводятся только к двум – электромагнитному и гравитационному.
А. Эйнштейн пытался эти поля представить как единое целое. Однако эти попытки были преждевременными: не были известны слабые взаимодействия, объясняющие радиоактивный распад, и сильные взаимодействия, связывающие ядерные частицы.

Выдвинутая А. Эйнштейном идея создания единой теории поля через пятьдесят лет завладела умами физиков-теоретиков. Первый шаг на этом пути – теория электрослабого взаимодействия, которая объясняет все электромагнитные явления и все излучения, связанные с радиоактивными превращениями.

Согласно предлагаемой теории электрослабого взаимодействия существуют 4 поля: электромагнитное, гравитационное, слабое взаимодействие, сильное взаимодействие (поле ядерных сил).

Физики в настоящее время усиленно работают над созданием теории Великого объединения, которая связала бы в единое целое все полевые сущности.







Дата добавления: 2015-09-15; просмотров: 915. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2020 год . (0.003 сек.) русская версия | украинская версия