Предыдущая страница реферата | 1  2  3 | Следующая страница реферата

Таким образом, в физике сложился дуализм - с одной стороны, для некоторых теорий нет необходимости в физическом вакууме, с другой стороны, экспериментально установлено и на сегодня уже общепризнано, что вакуум не является пустотой, представляя материальную среду, обладающую физическими свойствами.

С современной точки зрения вакуум обладает свойствами материальной среды, являясь состоянием поля с наименьшей энергией. Согласно квантовым представлениям, в вакууме могут образовываться состояния (возмущения) с положительными или отрицательными уровнями энергии относительно нулевого состояния. Материальный физический вакуум является универсальной средой, которая "прозрачна" для любых электромагнитных волн (поперечных, продольных, стоячих), т.е. и для частиц вещества - возбужденных состояний поля. Согласно электродинамике, электрическое смещение - это относительное смещение положительных и отрицательных электрических зарядов в электрически нейтральной среде Кл/м2. В вакууме, как в диэлектрике, аналогично токам поляризации может течь ток смещения - возникать электрическое смещение, т.е. вакуум обладает таким физическим свойством, как диэлектрическая проницаемость (в диэлектриках могут распространяться поперечные волны поляризационного смещения, при этом не имеет значения состояние диэлектрика - твердое, жидкое или газообразное). Так как могут распространяться поперечные возмущения (волны), кванты поля, совершая колебания как гармонические осцилляторы (отклоняясь от положения равновесия), находятся в связанном состоянии, т.е. кванты поля, представляя элементарные электрические заряды, при возмущениях поля смещаются (ток смещения) в зависимости от ориентации возмущений в продольном или поперечном направлении. Хотя на сегодня известны многие свойства квантового поля и можно условно представить его строение, вопрос о его физической природе остается открытым. В первом приближении квантовое поле можно представить как пространство, заполненное квантами заряда, т.е. все уровни физического вакуума заполнены квантами одного знака (теория дырок Дирака). Такое полевое пространство из зарядов одного знака можно рассматривать как упругую полевую среду, так как заряды находятся в связанном между собой состоянии, т.е. смещение кванта заряда приводит к смещению окружающих его зарядов, представляя отклонение от положения равновесия, которое как возмущение поля может распространяться в полевом пространстве. Кванты заряда всегда движутся (нет материи без движения), т.е. с квантами связано также магнитное поле (поток). Таким образом, квант поля представляет как электрический, так и магнитный квант - электромагнитный осциллятор. Например, Максвелл в разработанной им теории электромагнитного поля сравнивал электродинамический вакуум с жидкостью, условно представляя его состоящим из "молекулярных" (дискретных) связанных электрических зарядов (в то время еще не было терминов "кванты", "осцилляторы поля", а "молекулярность" означала "дискретность"), которые могут смещаться от положения равновесия, создавая ток смещения (вихревое электрическое поле). Токи при этом всегда замкнуты, так как заряды находятся в связанном состоянии. Такого представления было достаточно, чтобы предсказать электромагнитные волны. В дальнейшем, после того, как было установлено, что все электрические заряды (токи) дискретны, соответственно, и свойства электромагнитных волн также стали дискретными из-за дискретности токов смещения связанных электрических зарядов, которые при распространении волн совершают колебания как гармонические осцилляторы. Дискретность электромагнитных волн обнаружена экспериментально, что подтверждает правильность теории электромагнитного поля Максвелла о "молекулярной" (корпускулярной) природе электродинамического вакуума, т.е. о квантовой (дискретной) природе поля. Поэтому теорию электромагнитного поля Максвелла с современной точки зрения можно считать квантовой, а введенный им электрический ток смещения - квантовым током, т.е. любой ток всегда связан с движением (смещением) квантов поля - элементарных электрических зарядов. Надо наконец признать, что Максвелл предсказал не только электромагнитные волны, но и по сути предвидел квантовую ("молекулярную") природу электродинамического вакуума, т.е. заложил основы материалистической квантовой теории поля. Максвелл в своей теории на много лет опередил время. Представить, что вакуум на самом деле является диэлектриком, где связанные заряды представляют поле осцилляторов и, соответственно, все частицы могут быть только в виде волн, это очень необычно, даже сейчас, когда экспериментально установлено, что все частицы обладают волновыми свойствами, т.е. являются волнами квантового поля.

«Интерференция и дифракция наблюдались для электронов, нейтронов, атомных ядер, атомов, молекул.»

Физическая энциклопедия. КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА.

Таким образом, экспериментально установлено, что частицы имеют волновую природу.

После того, как выяснилось, что все частицы представляют возбужденные (волновые) состояния поля, стало понятно, почему частицы могут беспрепятственно двигаться (распространяться) в полевом пространстве (физическом вакууме). Т.е. все частицы, аналогично фотону, перемещаются в полевом пространстве как волновые образования.

«... опыт показывает, ... у поля выявляются корпускулярные свойства, ...»

Физическая энциклопедия. ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ.

«... путь перехода от классического к квантовому описанию электромагнитного поля лежит в классическом разложении поля на осцилляторы.»

Квантовая механика. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. 1972. С.267.

«... электромагнитное поле может быть представлено как совокупность бесконечно большого числа гармонических осцилляторов.»

ОТФ. Квантовая механика. И.В.Савельев. 1996. Т.2. С.343.

Т.е. квантовое электромагнитное поле можно представить в виде поля осцилляторов.

«Представим, что все пространство заполнено связанными между собой гармоническими осцилляторами. Каждый из них характеризуется координатами точки, в которой он находится. Получившееся поле осцилляторов, очевидно, имеет бесконечно большое число степеней свободы. В рассматриваемой системе могут распространяться волны колебаний этих связанных между собой осцилляторов. При переходе к квантовой механике классические величины, характеризующие каждый осциллятор (например, отклонение от положения равновесия), становятся операторами, а с каждой волной сопоставляется (согласно корпускулярно-волновому дуализму) частица, обладающая такими же, как и волна, энергией и импульсом (а следовательно, и массой). Эту частицу нельзя отождествлять ни с одним из осцилляторов поля в отдельности: она представляет собой результат процесса, захватывающего бесконечно большое число осцилляторов, и описывает некое возбуждение поля. Таким образом, изучение поля можно свести к рассмотрению квантованных волн (или частиц) возбуждений, их рождения и поглощения.»

Физический энциклопедический словарь. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ.

Т.е. с точки зрения квантовой теории частицы - это квантованные волновые образования, возбужденные состояния квантового поля. Кванты поля (заряда) находятся в связанном состоянии, представляя электромагнитные осцилляторы поля. Таким образом, поле, находящееся в возбужденном состоянии, представляет наблюдаемые элементарные частицы, а невозбужденное поле осцилляторов является ненаблюдаемым вакуумным состоянием квантового поля, несмотря на бесконечное число квантов заряда, которыми заполнен физический вакуум.

«Такое распределение частиц считается ненаблюдаемым (несмотря на бесконечную величину его плотности энергии, плотности заряда и т.д.), играя роль начала отсчета для физических величин. Поэтому наблюдаемое значение физической величины A для какой-либо системы равно разности A (система + вакуум) - A (вакуум).»

Физическая энциклопедия. ДЫРОК ТЕОРИЯ ДИРАКА.

Например, если полю, находящемуся в вакуумном состоянии, сообщить достаточную энергию для смещения кванта поля (заряда), то произойдет его возбуждение - в вакууме образуются две разноименные области возмущения поля: (вакуум + квант) и (вакуум - квант), где поток электрического смещения между разноименными областями равен элементарному электрическому заряду. Таким образом, в вакууме возникает наблюдаемый поток электрического смещения поля в один квант заряда - квантовое возмущение поля, т.е. скалярное квантовое поле переходит в векторное - возникает квантовый поток напряженности.

«Скалярное поле - поле физическое, которое описывается функцией, в каждой точке пространства не изменяющейся при повороте системы координат.»

Физический энциклопедический словарь. СКАЛЯРНОЕ ПОЛЕ.

«Колебания таких полей переносят энергию и импульс с одного места пространства в другое, а квантовая механика утверждает, что эти волны собираются в пакеты, или кванты, которые наблюдаются в лаборатории как элементарные частицы. ... Слово "скаляр" означает, что эти поля не чувствительны к направлению в пространстве, в отличие от электрических, магнитных и других полей Стандартной Модели. Это открывает возможность таким полям заполнять все пространство, не противореча одному из наиболее доказанных принципов физики, согласно которому все пространственные направления одинаково хороши.»

Стивен Вайнберг. (Нобелевская премия по физике за 1979 год)

Энергия поля - это энергия напряженности поля, т.е. там, где есть поток напряженности, энергия поля не равна нулю. Энергия поля, распространяющаяся в виде вихревых потоков напряженности, представляет электромагнитные волны. Так как частицы - это возбужденные состояния поля, можно предположить, что любая форма энергии (массы) в конечном итоге является энергией поля.

«Принято считать, что масса элементарной частицы определяется полями, которые с ней связаны.»

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: банк бесплатных рефератов, курсовая работа по экономике.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3 | Следующая страница реферата