Концепция физики-2
 
 М.И. Беляев, 1999-2007 г,©Вверх Концепция физики-3

5.3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ концепции
К наиболее общим, важным, фундаментальным концепциям физического описания природы относятся материя, движение, пространство и время.
Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас и обнаруживаемое нами посредством ощущений представляет собой материю.
Для количественного описания движения сформировались представления о пространстве и времени, которые за длительный период развития
естествознания претерпели существенные изменения.
В физике движение рассматривается в общем виде как изменение состояния физической системы, и для описания состояния вводится набор
измеряемых параметров, к которым со времен Декарта относятся пространственно-временные координаты, или точки пространственно-временного континуума,
означающего непрерывное множество. В физике используются
и другие параметры состояния систем: импульс, энергия, температура, спин и т. п.
5.3.1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Взаимодействие - универсальная форма движения и развития, определяющая существование и структурную организацию любой материальной системы. Для всякого объекта существовать — значит взаимодействовать, т. е. обмениваться материей и движением во времени и пространстве.
Взаимодействие, проявляемое в реальных процессах свидетельствует о том, что многочисленные законы физики, биологии, химии и других научных дисциплин противоречат здравому смыслу, что человечество изучает частные законы, и не ставит перед собой главной цели — поиска Единого Универсального Закона, поиска единой фундаментальной концепции. Такая цель существует только в рамках частных концепций отдельных научных дисциплин. Одной их таких частных концепций и является концепция физических фундаментальных взаимодействий.
Гравитационное взаимодействие первым из всех известных сегодня фундаментальных взаимодействий стало предметом исследования ученых. В классической науке оно описывается законом всемирного тяготения, согласно которому между двумя телами существует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Любая материальная частица является источником гравитационного взаимодействия и испытывает его на себе. По мере увеличения массы вещества гравитационные взаимодействия возрастают.
Гравитационное — наиболее слабое из всех известных современной науке взаимодействий: оно в 1040 раз слабее силы взаимодействия электрических зарядов.
Тем не менее гравитация определяет строение всей Вселенной: образование всех космических систем; существование планет, звезд и галактик; концентрацию рассеянной в ходе эволюции звезд и галактик материи и включение ее в новые циклы развития. Огромная роль гравитационного взаимодействия определяется его универсальностью: все тела, частицы и поля участвуют в нем.
Электромагнитное взаимодействие также обладает универсальным характером и существует между любыми телами в микро-, макро- и мегамире. Благодаря электромагнитным связям возникают атомы, молекулы и макроскопические тела. Все химические реакции представляют собой проявление электромагнитных взаимодействий, являются результатами перераспределения связей между атомами в молекулах, перестройки электронных оболочек атомов и молекул, а также количества и состава атомов в молекулах разных веществ. К электромагнитному взаимодействию сводятся все силы: упругости, трения, поверхностного натяжения; им определяются агрегатные состояния вещества, оптические явления и др.
По своей величине электромагнитные силы намного превосходят гравитационные, поэтому их можно наблюдать даже между телами обычных размеров.
Электромагнитное взаимодействие существует только между заряженными частицами: электрическое поле — между двумя покоящимися заряженными частицами, магнитное — между двумя движущимися заряженными частицами.
Слабое взаимодействие действует только в микромире. Физической основой этого типа взаимодействия служит процесс распада частиц, поэтому его открытие произошло вслед за открытием радиоактивности. Слабое взаимодействие осуществляет превращение элементарных частиц друг в друга и играет очень важную роль не только в микромире, но и во многих явлениях космического масштаба. Благодаря ему происходят термоядерные реакции, без которых погасло бы Солнце и большинство звезд.
Это взаимодействие значительно слабее электромагнитного, но сильнее гравитационного и в отличие от них распространяется на небольших расстояниях. Именно поэтому долгое время слабое взаимодействие экспериментально не наблюдалось.
Объединение электромагнитного и слабого взаимодействий позволило описать все процессы, происходящие при малых и огромных энергиях. Кроме того, эта теория позволила также объяснить превращение элементарных частиц друг в друга и понять сущность и механизм протекания термоядерных реакций, происходящих на Солнце и большинстве звезд.
Сильное взаимодействие было открыто только в XX в. Оно занимает первое место по силе и является источником огромной энергии. Основная функция сильного взаимодействия — соединение кварков и антикварков в адроны. С его помощью ученые объяснили, почему протоны ядра атома не разлетаются под действием электромагнитных сил отталкивания.
Исходным положением теории является постулат о существовании трех типов цветовых зарядов (красного, синего, зеленого). Как и электрические заряды, одноименные цвета отталкиваются, разноименные притягиваются. Когда три кварка или кварк и антикварк объединяются в адрон, суммарная комбинация цветовых зарядов в нем такова, что адрон в целом обладает цветовой нейтральностью.
Сильное взаимодействие имеет очень ограниченный радиус действия — до 10 -13 см (порядка атомного ядра).
Взаимодействие
Относительное
значение
Числовое значение константы
взаимодействия
Радиус действия (см)
Гравитационное
1
6*10-39
Электромагнитное
1038
1/137
Сильное
1040
1
(0,1−1)*10-13
Слабое
1027
10-14
<<0,1*10-13
Приведенные выше 4-х типы взаимодействия можно классифицировать как внешние взаимодействия (проявляющихся на больших расстояниях) и внутренние (проявляющиеся на малых расстояниях), не превышающих размеры атома (и ядра атома).
5.3.2. теории великого объединения
Существование перечисленных типов физического взаимодействия ставит перед физиками задачу поиска единой теории, которая позволила бы объединить их. Создание подобной теории означало бы также построение единой теории элементарных частиц. Физики-теоретики с 1970-х гг. пытаются создать теорию Великого объединения фундаментальных взаимодействий, в которой электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия будут рассматриваться как различные проявления единого поля. Основанием для создания такой теории служит то обстоятельство, что на малых расстояниях (менее 10 м см) и при большой энергии (более чем 10 м ГэВ) эти взаимодействия описываются одинаково.
По мере понижения энергии Великое объединение сначала распадается на сильное и электрослабое взаимодействия. При дальнейшем уменьшении энергии электрослабое взаимодействие разделяется на электромагнитное и слабое.
Над этой теорией работают физики-теоретики, но проверить ее экспериментально до сих пор не удалось.
Физики пытаются построить еще более грандиозную теорию Суперобъединения. Она должна объединить все четыре фундаментальных взаимодействия, включая гравитационные силы. Эта теория строится на базе открытой в 1970-е гг. суперсимметрии и теории суперструн.
Согласно теории суперсимметрии должна существовать полная симметрия в описании вещества и поля, фермионов и бозонов. Это значит, что между ними должно существовать полное физическое равноправие, они могут переходить друг в друга.
Благодаря идее суперсимметрии новую жизнь получила теория суперструн, создатели которой — физики М. Грин и Д. Шварц. Они отказались от уже привычного описания элементарных частиц как точечных объектов и описали некие протяженные объекты — струны, которые представляют собой отрезки со свободными концами или соединенными в виде восьмерки. Их размеры — примерно 10 33 см.
В этой теории понятие струны становится синонимом понятия микрочастицы или локализованного в пространстве объекта. Все частицы представляют собой определенное возбужденное состояние струны.
Единый методологический подход позволяет сформулировать идею Теории Великого объединения в рамках взаимодополнительности фундаментальных взаимодействий
В конечном результате эти взаимодействия можно записать в форме рычажных весов
Эти рычажные весы впервые дают представление о взаимосвязи этих самых фундаментальных взаимодействий.
Электромагнитное и сильное, гравитационное и слабое взаимодействия являются взаимодополнительными.
При этом одна пара взаимодополнительных взаимодействий будет характеризовать Меру взаимодействий для другой взаимодополнительной пары.
Каждый тип фундаментальных взаимодействий характеризуется единством вектора состояния и вектора Меры (О Мире и Мере).
Фундаментальные взаимодействия тесно связаны между собой Единым законом сохранения двойственного отношения.
рис. 1
Слабые и сильные взаимодействия характеризуются внутренней двойственностью. Они отражают внутренний аспект взаимодействий.
Электромагнитное и гравитационное взаимодействие отражают внешний аспект взаимодействий.
На схеме внешний аспект взаимодействий отражается в левой части рычажных весов. Правая часть рычажных весов отражает внутренний аспект взаимодействий.
Но самое замечательное в этой схеме взаимодействий заключается в ее многомерности. Каждая взаимодействующая «частица» в этой схеме отражается уже не в точечной, не линейной и даже не в плоской, а в многомерной интерпретации. Данная схема характеризует резонансные формы взаимодействия, в результате которых возникает устойчивый баланс всех фундаментальных взаимодействий, строго синхронизированных между собой по фазе (когерентные взаимодействия). По сути эти рычажные весы отражают свойства Единой формулы фундаментальных взаимодействий.
Теперь несложно определить для фундаментальных взаимодействий и Единое рычажное уравнение
В этой системе рычажных уравнений левые части рычажных весов каждого типа фундаментальных взаимодействий отражает свойства собственно фундаментальных взаимодействий.
Торсионные взаимодействия. Это взаимодействия, комплексно сопряженные к четырем фундаментальным взаимодействиям. Их свойства отражены правыми частями в каждых рычажных весах Это новые четыре типа взаимодополнительных фундаментальных взаимодействий.
Из сути торсионных взаимодействий следует сделать вывод о том, что торсионные составляющие имеют все фундаментальные взаимодействия. Современная наука подошла пока только к пониманию сути торсионной компоненты электромагнитных взаимодействий, называя эти поля торсионными.
5.3.3. КОНЦЕПЦИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ
(Факультатив)
Построители теорий Великого объединения в теории струн им суперструн отказались от категории материальной точки. И совершенно напрасно. Что есть материя?
Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них. Так говорят философы, а физики с ними соглашаются.
В классическом представлении в естествознании различают два вида материи: вещество и поле.
Вещество и поле -это взаимодополнительные формы материи.
Эта формула характеризует статическую уравновешенность взаимоотношений между веществом и полем.
С позиции механики Ньютона материальная точка -это некая единичная «корпускула», ибо он автор корпускулярной механики.
С позиции волновой механики материальная точка -это уже волна (источник или приемник излучений)
Поэтому материальная точка также должна характеризоваться двойственностью, корпускулярно-волновым единством.
Динамику уравновешенности отражают рычажные весы
Эти рычажные весы отражают принцип оптимального саморегулирования сбалансированности материального образования в соответствии с принципом максимина.
Процессы саморегулирования, отражающие закон сохранения материи в рамках заданной Меры, определяется системой рычажных уравнений вида
Следовательно и каждая материальная точка должна обладать подобной двойственностью. И
она обладает ими. В микромире эта двойственность проявляется в корпускулярно-волновом единстве.
В макромире -это уже структурно-функциональное единство систем любой природы.
Двойственность материальной точки проявляется в том, что она имеет точечную (единичную) вещественную массу и точечную (единичную) сферу полевой оболочки.
Подобная двойственность характеризуется внешним и внутренним аспектами.
Эта формула отражает баланс внешних и внутренних взаимодействий материальной точки.
Внутренняя единичная масса, стоящая в знаменателе правой части рычажных весов, характеризует энергию полевой оболочки.
Баланс взаимоотношений в единичной материальной точке характеризуется единичной силой взаимодействия
И по форме, и по смыслу данное выражение отражает закон единичной силы взаимодействия единичной материальной точки. Всякий раз, когда возникает разбалансировка, инициируется соответствующий процесс саморегулирования
Возникает и соответствующая сила (гравитации, или антигравитации).
Сила проявляется как внешний аспект взаимодействий материальной частицы тогда, когда процессы саморегулирования ее внутренних взаимодействий выходят за пределы установленной для этих взаимодейтсвий Меры, определяемых вектором собственной Меры для этого двойственного отношения (материальной точки). Тогда и возникает новое взаимодействие -смысл которого -формирование новой Меры уравновешенности.
В единичной материальной точке эти силы компенсируют друг друга
рис. 2
Каждая точка сферы материальной точки отражает суть третьего закона Ньютона, но имеет более общий характер. Этот рисунок характеризует сущность гравитации и антигравитации. На поверхности материальной точки «все яблоки падают с дерева на голову Ньютона». Внутри материальной точки дело обстоит по другому. Здесь все «яблоки» падают вверх, на внешнюю оболочку материальной точки, «с головы Ньютона.
Взаимодополнительность позволяет немедленно определить и законы взаимодействий.
Так, если во «внешнем мире» гравитационное взаимодействие определяется законом всемирного тяготения Ньютона
где m1 и m2 -массы взаимодействующих материальных тел;
r-расстояние между взаимодействующими телами;
-гравитационная постоянная.
Полагая гравитационную постоянную равной единице, мы получим формулу для идеального закона всемирного тяготения
Далее, сила взаимодействия электрических зарядов определяется законом Кулона по аналогичной формуле
(q—  электрические заряды взаимодействующих тел), то во внутреннем мире должны эти законы окажутся «вывернутыми наизнанку», т. е. они будут иметь соответственно вид
Подставляя полученные значения в исходные рычажные весы, мы получим Единую формулу Единого Закона взаимодействия
Из этих формул и соотношений типов взаимодействий следует, что все гравитационное и электромагнитное взаимодействия зависят от расстояния между зарядами: с уменьшением расстояния между ними сила взаимодействия возрастает (обратно пропорциональная зависимость).
Сильное и слабое взаимодействие тоже зависит от расстояния между цветовыми зарядами, но уже прямо пропорционально: взаимодействие между кварками тем меньше, чем они ближе друг к другу. На малых расстояниях они перестают влиять друг на друга и ведут себя как свободные частицы. Но как только расстояние между кварками начинает увеличиваться, сила взаимодействия нарастает.
И все же главный вывод, который следует сделать из рычажных весов Единого закона фундаментальных взаимодействий заключается в том, что для взаимодополнительных электромагнитного и сильного взаимодействий гравитационное и слабое взаимодействия служат Мерой взаимодействия при их трансформации друг в друга («когда внутреннее становится внешним, а внешнее -внутренним»).
5.3.4. концепция пространства
Концепция пространства, прошла длительный путь становления и развития. Первое представление о пространстве возникло из очевидного существования в природе и в первую очередь в микромире твердых физических тел, занимающих определенный объем. Из такого представления вытекало определение: пространство выражает порядок сосуществования физических тел.
Первая законченная теория пространства — геометрия Евклида. Она была создана примерно 2000 лет назад и до сих пор считается образцом научной теории.
Геометрия Евклида оперирует идеальными математическими объектами, которые существуют как бы вне времени, и в данном смысле пространство в этой геометрии — идеальное математическое пространство.
Вплоть до середины XIX в., когда были созданы неевклидовы геометрии, никто из естествоиспытателей не сомневался в тождественности реального физического и Евклидова пространств.
По аналогии с абсолютным временем Ньютон ввел понятие абсолютного пространства, которое может быть совершенно пустым, существуя независимо от наличия в нем физических тел и являясь как бы мировой сферой, где разыгрываются физические процессы. Свойства подобного пространства определяются Евклидовой геометрией.
Такое представление о пространстве до сих пор лежит в основе многих экспериментов, позволивших сделать крупные открытия.
Конечно, пустое пространство — идеальное пространство. Реальный окружающий нас мир полон материальных вещей даже в безвоздушном космическом пространстве. Его заполняют звезды, метеоритные образования, элементарные частицы и, как полагают астрономы, невидимая, скрытая материя. Идеальность пустого пространства подтверждает и относительный характер механического движения тел. Для описания движения тела нужно в качестве отсчета указать другое тело, ибо рассмотрение одного единственного тела в пустом пространстве бессмысленно.
5.3.5. концепция времени
Так что же такое время? Самый простой ответ таков: время — это то, что показывают часы. Принцип работы часов может быть основан на многих физических явлениях и процессах.
Наиболее удобны периодические процессы, длительно повторяющиеся с высокой степенью точности, например, вращение Земли вокруг своей оси, электромагнитное излучение возбужденных атомов и т. п.
Для измерения времени могут быть использованы и непериодические процессы, происходящие по известному временному закону, например, радиоактивный распад атомов или свободное падение тел в поле тяготения. Многие крупные достижения в естествознании связаны с изображением и конструированием более точных часов.
Но такое определение времени связано только с проблемой точности его измерения, а не с проблемой его сущности.
В более строгом определении время выражает порядок смены физических состояний и является объективной характеристикой любого физического процесса или явления; оно универсально.
Говорить о времени безотносительно к изменениям в каких-либо реальных телах или системах — с физической точки зрения бессмысленно.
Абсолютное и относительное время.
Ньютон различал абсолютное и относительное время. В своих фундаментальных «Математических началах натуральной философии» он писал:
«Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему,
протекает равномерно и иначе называется длительностью.
Относительное, кажущееся или обыденное время есть или точная, или изменчивая постигаемая чувствами внешняя,
совершаемая при посредстве ка­кого-либо движения,
мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как то: час, день, месяц, год,…
Течение абсолютного времени изменяться не может. Длительность или продолжительность существования вещей одна и та же,
быстры ли движения (по которым измеряется время),
медленны ли, или их совсем нет… Время и пространство составляют как бы вместилища самих себя и всего существующего.»
Важная особенность времени выражена в постулате времени: одинаковые во всех отношениях явления происходят за одинаковое время.
В процессе развития физики с появлением специальной теории относительности возникло утверждение:
1. Абсолютное время не имеет физического смысла, оно — лишь идеальное математическое представление, ибо в природе нет реального физического процесса,
пригодного для измерения абсолютного времени.
Во-первых, течение времени зависит от скорости движения системы отсчета. При достаточно большой скорости, близкой к скорости света, время замедляется, т. е. возникает релятивистское замедление времени.
Во-вторых, поле тяготения приводит к гравитационному замедлению времени. В некоторой системе отсчета можно говорить только о локальном времени.
В этой связи время не есть сущность, не зависящая от материи, оно течет с различной скоростью в различных физических условиях.
2.Время всегда относительно.
Однако абсолютное время и время относительное взаимосвязаны законами сохранения симметрии. Относительное время всегда связано с какой-то Мерой времени, которая по сравнению и
используемой может считаться абсолютной, т. е. будет справедливо тождество
ибо Мера измерения времени является многоуровневой (…, секунды, часы, сутки, годы,…).
Секунды соизмеряются с минутами, минуты с часами, часы с сутками, сутки с годами и т. д.
Это тождество свидетельствует о том, что время является двойственным, а многоуровневость времени позволяет, в общем случае, осознать четыре типа времен (Монада Времени).
5.2.5.4.концепция пространства- времени
Однако пространство и время тесно взаимосвязаны между собой. Если с пространством отождествить структурный аспект, а со временем функциональный аспект, то мы можем осознать единство Пространства и Времени.
И эта взаимосвязь проявляется в принципе инвариантности.
Принцип инвариантности:
«смещение во времени и в пространстве не влияет на протекание физических процессов».
Этот принцип является весьма важным для понимания законов природы относительно сдвигов в пространстве и во времени, т. е. параллельных переносов начала координат и начала отсчета времени.
Инвариантность непосредственно связана с симметрией, представляющей собой неизменность структуры материального объекта относительно его преобразований, т. е. изменения ряда физических условий.
Более строго- инвариантность является следствие законов сохранения симметрии, которые проявляются в однородности пространства и времени.
Однородность пространства заключается в том, что при параллельном переносе в пространстве замкнутой системы тел как целого ее физические свойства и законы движения не изменяются,
иными словами, не зависят от выбора положения начала координат инерциальной системы отсчета.
Из свойства однородности пространства следует, например, закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы сохраняется, т. е. не изменяется с течением времени.
Закон сохранения импульса справедлив не только в классической физике, хотя он и получен как следствие законов Ньютона. Закон сохранения импульса носит универсальный характер и является фундаментальным законом природы.
Однородность времени означает инвариантность физических законов относительно выбора начала отсчета времени. Например, при свободном падении тела в поле силы тяжести его скорость и пройденный путь зависят лишь от начальной скорости и продолжительности свободного падения тела и не зависят от момента начала падения тела.
Из однородности времени следует, например, закон сохранения механической энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т. е. не изменяется со временем.
Законы сохранения симметрии — самые фундаментальные законы природы. Они свидетельствуют о том, что материя никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается, в пространстве и времени,
из одного вида в другой. В этом заключается физическая сущность законов сохранения симметрии — сущность неуничтожения материи и ее движения.
Обратимся еще к одному свойству симметрии пространства — его изотропности.
Изотропность пространства означает инвариантность физических законов относительно выбора направлений осей координат системы отсчета (относительно поворота замкнутой системы в пространстве на любой угол).
Из изотропности пространства следует еще один фундаментальный закон природы — закон сохранения момента импульса: момент импульса замкнутой системы сохраняется, т. е. не изменяется с течением времени.
Связь между симметрией пространства и законами сохранения установила немецкий математик Эмми Нётер (1882−1935). Она сформулировала и доказала фундаментальную теорему математической физики, названную ее именем, из которой следует, что из однородности пространства и времени вытекают законы сохранения соответственно импульса и энергии, а из изотропности пространства — закон сохранения момента импульса.
Существенное ограничение однородности и изотропности пространственного распределения материи во Вселенной, налагаемое на уравнения общей теории материи и составляющее основу космологического принципа, позволило российскому математику и геофизику А. А. Фридману (1888- 1925) предсказать расширение Вселенной.
Специальная теория относительности, принципы которой сформулировал в 1905 г. А. Эйнштейн, представляет собой современную физическую теорию пространства и времени, в которой, как и в классической
ньютоновской механике, предполагается, что время однородно, а пространство однородно и изотропно. В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна:
1) принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные в данной инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы к другой;
2) принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.
Первый постулат, являясь обобщением механического принципа относительности Галилея, распространяющегося на любые физические процессы, Утверждает таким образом,
что физические законы инвариантны по отношению к выбору инерциальной системы отсчета, а уравнения, описывающие эти законы, одинаковы по форме во всех инерциональных системах отсчета.
Согласно данному постулату все инерциальные системы отсчета совершенно равноправны, т. е. явления механические, электромагнитные, оптические и др. во всех инерциальных системах отсчета протекают одинаково.
Согласно второму постулату постоянство скорости света в вакууме — фундаментальное свойство природы. Специальная теория относительности потребовала отказа от привычных классических представлений
о пространстве и времени, поскольку они противоречили принципу постоянства скорости света. Потеряло смысл не только абсолютное пространство, но и абсолютное время.
Специальная теория относительности объединила пространство и время в единый континуум пространство — время. Основанием для такого объединения послужили и постулат о предельной скорости передачи взаимодействий материальных тел — скорости света, равной и вакууме примерно 300 000 км/с, и принцип относительности. Из данной теории следует относительность одновременности двух событий, происшедших в разных точках пространства, а также относительность измерений длин и интервалов времени, произве­денных в разных системах отсчета, движущихся относительно друг друга.
Все это означает, что для реального мира пространство и время имеют не абсолютный, а относительный характер.
Общая теория относительности, называемая иногда теорией тяготения, — результат развития специальной теории относительности. Из нее вытекает, что свойства пространства — времени в данной области определяются действующими в ней полями тяготения. При переходе к космическим масштабам геометрия пространства — времени может изменяться от одной области к другой в зависимости от концентрации масс в этих областях и их движения.
Современные преставления о пространстве и времени расширяют не только прежние понятия и категории, но и наполняются новыми смыслами. Поэтому пространство-время сегодня является не только физической категорией теории относительности.
В основе современной концепции пространства — времени лежат два основных их свойства — абсолютность и относительность.
И пространство, и время характеризуются этими свойствами. И на многих страницах сайта эти свойства рассматривались подробно. У нас сейчас иная задача -показать единство абсолютного и относительного.
Современные представления о единстве пространства и времени позволяют рассматривать многоуровневость организации Материи как многоуровневые рычажные весы.
Из этих рычажных весов видно, что внешнее пространство и время (левая часть весов) для правой части являются абсолютными. Многоуровневое пространство и время в правой части весов, по отношению к левой части весов) являются относительными.
При этом любое пространство и время в правой части весов по отношению ко вложенным в них пространствам и времени -абсолютными, а по отношению к пространствам и времени, в которое они вложены, они являются относительными.
Таким образом, пространство-время на каждом уровне иерархии характеризуется единством внешнего (абсолютного)т и внутреннего (относительного). В результате на всех уровнях иерархии каждое пространство-время характеризуется соразмерностью с любым другим пространством -временем.
формируя Единую Периодическую систему «Пространства-Времени», в которой каждое пространство-время имеет собственное пространство и собственное время. Каждое из них имеет и собственные смыслы (пространство-время живых организмов, социальных организмов и т. п.). Подобная дифференциация смыслов пространства-времени предполагает существование Единого Пространства-Времени.
5.4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ФИЗИКИ ОПТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ.
Волновая теория X. Гюйгенса
5.4.1. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
Волны — возмущения, распространяющиеся с конечной скоростью в пространстве и несущие с собой энергию. Наиболее важные и часто встречающиеся волны:
упругие (в частности, звуковые) — распространяющиеся в среде упругие деформации;
волны на поверхности жидкости — возмущения уровня свободной поверхности жидкости;
электромагнитные волны — распространяющиеся в пространстве электромагнитные поля.
Различным видам возмущений соответствуют и различные механизмы распространения этих возмущений. Так, например, упругая волна в жидкости или газе распространяется в результате того, что движение частиц среды создает чередующиеся сжатия и разряжения, которые вызывают движение частиц в следующем слое среды (обычно эти разряжения и сжатия малы, т. е. изменения давления и плотности малы по сравнению с постоянными плотностью и давлением среды).
X. Гюйгенс (1629−1695) вдвинул волновую теорию, рассматривающую свет как упругую волну, распространяющуюся в мировом эфире.
Электромагнитные волны распространяются в пространстве в результате того, что появляющееся в каком-либо месте пространства электромагнитное поле возбуждает в соседних полях магнитное поле и, наоборот, возникающее в этом месте магнитное поле возбуждает в соседних областях электрическое поле;
возбуждая друг друга, эти поля в виде единого электромагнитного поля распространяются в пространстве. Оптика — учение о свете и его взаимодействии с веществом. Оптика изучает распространение света в различных средах, законы испускания и поглощения света, а также различные действия света на вещество. Первоначально оптика ограничивалась изучением видимой области спектра электромагнитных волн, т. е. воспринимаемых человеческим глазом. Таким образом, можно считать, что свет — это электромагнитные колебания определенной длины волны. Современная оптика изучает также широкую область спектра, примыкающую к видимой: ультрафиолетовую область (включая мягкие рентгеновские лучи) и инфракрасную область вплоть до радиоволн миллиметрового
диапазона.
По современным представлениям свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу (в связи с этим принято говорить о корпускулярно-волновам дуализме):
в одних случаях свет ведет себя как электромагнитная волна,
в других — как поток особых частиц или корпускул (фотонов).
Явления, в основе которых лежит волновая природа света принято относить к волновой оптике.
Речь идет, прежде всего, о различных электро­магнитных явлениях, которые наиболее характерны для диапазона волн, со ответствующих видимому свету и наиболее ярко отражающих его волновую природу. К этим явлениям принято относить интерференцию, дифракцию и поляризацию света.
5.4.2. Интерференция и дифракция света
Когерентность. Когерентностью называется согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов.
Степень согласования может быть различной. Поэтому вводится понятие степени когерентности двух волн.
Волны называются когерентными, если разность фаз возбуждаемых волнами колебаний, остается постоянной во времени.
рис. 8
Понятие когерентности является относительным: две волны могут проявлять себя как когерентные при наблюдении одним прибором
малой инерционностью) и как некогерентные при наблюдении другими приборами (с большой инерционностью).
Интерференция световых волн.
Рассмотрим две волны одинаковой частоты w, которые, накладываясь друг на друга, возбуждают в некоторой точке пространства колебания одинакового направления:
Если световые волны будут когерентными, то при их наложении когерентных происходит перераспределение светового потока в пространстве, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других — минимумы интенсивности.
Это явление усиления или ослабления амплитуды результирующей волны при сложении двух (или нескольких) когерентных волн называется интерференцией световых волн.
Особенно отчетливо проявляется интерференция в том случае, когда интенсивность обоих интерферирующих волн одинакова.
Из сказанного вытекает, что при освещении какой-либо поверхности несколькими источниками света (например, двумя лампочками) должна, казалось бы, наблюдаться интерференционная картина с характерными для нее чередованиями максимумов и минимумов интенсивности. Однако из повседневного опыта известно, что в указанном случае освещенность поверхности монотонно убывает по мере удаления от источников света и никакой интерференционной картины не наблюдается. Это объясняется тем, что естественные источники света не являются когерентными.
Некогерентность естественных источников света обусловлена тем, что излучение светящегося тела слагается из волн, испускаемых многими атомами.
Дифракция света. Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с явно выраженными неоднородностями (например, вблизи границ непрозрачных или прозрачных тел, сквозь малые отверстия и т. д.). При этом лучи света «дифрагируют» (отклоняются от своего первоначального направления).
Огибание препятствий звуковыми волнами (дифракция звуковых волн) наблюдается постоянно в обыденной жизни. Для наблюдения дифракции световых волн необходимо создание специальных условий. Это обусловлено малостью длин световых волн. В частности, при дифракции на одной щели явление наблюдается, если размеры той щели сопоставимы с длиной волны падающего на эту щель света.
Между интерференцией и дифракцией нет существенного физического различия. Оба явления заключаются в перераспределении светового потока в результате суперпозиции (наложения) волн.
По историческим причинам перераспределение интенсивности, возникающее в результате суперпозиции волн, возбуждаемых конечным числом дискретных когерентных источников света, принято называть интерференцией волн.
Перераспределение интенсивности, возникающее вследствие суперпозиции волн, возбуждаемых когерентными источниками, расположенными непрерывно, принято называть дифракцией волн.
страницы 1 2 3
© Беляев М. И., «МИЛОГИЯ», 1999-2006г.
Опубликован: 13/04/2006г.,
Сайт ЯВЛЯЕТСЯ ТВОРЧЕСКОЙ МАСТЕРСКОЙ АВТОРА, открытой для всех посетителей.
Убедительная просьба сообщать о всех замеченных ошибках, некорректных формулировках.
Книги «Основы милогии», «Милогия» могут быть высланы в Ваш адрес наложенным платежом,
URL1: www. milogiya2007.ru e-mail: milogiya@narod.ru
Архив 2001 г:URL1: www.newnauka.narod.ru Архив 2006 г: URL1: www. milogiya. narod.ru