поле как вид материи

17.10.202315.08.2023 admin 0 Comments

МАТЕРИЯ И ПОЛЕ

Понятие поля — формировалось постепенно, можно сказать, на протяжении всего 19-го века. Как раз оно и положило начало становлению неклассической науки и философии. Поле — очень странное понятие. Поля — есть неотъемлемые компоненты любых, известных науке, частиц. У каждого электрона, например, имеется три поля: электромагнитное, гравитационное, и ещё т. н. поле «слабое». Прежде всего, нас сейчас интересует вопрос, во всей ли Вселенной у частиц — существуют поля? Нужно сперва разобраться в самой сути полей, чтобы ответить на этот вопрос. Но вообще, для начала, присущность полей всем частицам во всей бесконечной Вселенной — предположить можно. Хотя конкретные виды полей, там — конечно иные, чем у частиц в Мироздании — и бесконечно разнообразны.

Чем характеризуется поле вообще? Для начала, любое поле — характеризуется, во-первых, напряжённостью, и, во-вторых, безграничной протяжённостью в пространстве. Последнее свойство — как раз является наиболее странным и трудновообразимым. Чтобы вообразить это свойство (т. е. безграничную протяжённость), возьмём, для примера, обыкновенный магнит: напряжённость магнитного поля магнита — падает с увеличением расстояния от магнита, и вскоре становится мизерной, но нуля — ни на каком, даже на самом громадном расстоянии — не достигает! Размер поля магнита т. о. — безграничный. А т. к. поле является всего лишь частью магнита как объекта, то и сам магнит — оказывается обладающим безграничными размерами (!), т. е. безграничной протяжённостью в пространстве. Очень странно это есть и непривычно, но тем не менее, так есть.

Всем полям — свойственны безграничные размеры; а т. к. поля полагаются неотъемлемыми компонентами каждой частицы во Вселенной, то каждая частица, поэтому — тоже обладает безграничным размером (=безграничной протяжённостью в пространстве), и не может иметь, поэтому — ни поверхности, ни геометрической формы, ни определённого размера. Такие представления о частицах (и объектах вообще), — всё ещё кажутся непривычными, но именно таковы, в целом, современные представления и об электронах, и об атомах, и даже о макрообъектах. И эти представления — легко можно распространять на всю бесконечную Вселенную.

Далее: каждое отдельное существующее поле (как, например, электромагнитное поле отдельного электрона), — это некая, отдельная от других, непрерывная субстанция, обладающая безграничной протяжённостью. Любое поле — является частью какой-нибудь, той или иной, частицы (или макрообъекта). Поле — это материеподобное основание, присутствующее в любой частице наравне с материей (представленной т. н. материальной сердцевиной). В любой частице т. о. есть одновременно два основания: и материя, и поле (/ поля). Электрон, например, т. о. состоит — из материальной сердцевины, в окружёнии трёх полей (электромагнитного, гравитационного, и «слабого»), безгранично продолжающихся во все стороны от материальной сердцевины.

Благодаря полям, и их безграничной протяжённости в пространстве, любая частица — безгранична, и взаимодействует, одновременно, как минимум, со всеми частицами, что есть в Мироздании… (хотя интенсивность взаимодействий — велика и значительна лишь с «самыми близкорасположенными» частицами; всеми же остальными взаимодействиями — можно, до известной степени, пренебречь).

Далее: любое поле — это не полноценная субстанция, т. е. полу-субстанция, ибо поле — обладает только одним субстанциональным свойством из двух: поле — имеет протяжённость (безграничную), но зато полностью лишено плотности (твёрдости). (Напряжённость — вовсе не плотность!). Любое поле — напряжённо, но абсолютно бесплотно.

В каждой точке космического вакуума — присутствуют поля, одновременно, как минимум, от всех частиц, имеющихся в Мироздании, и вакуум т. о. — заполнен полями до отказа! но тем не менее, вакуум — прозрачен и бесплотен, ибо таковы — и поля. В результате, вакуум — не пустота, и пустоты т. о. — не существует вовсе, ибо всё вокруг — до отказа заполнено (безграничными) полями. Но при этом, это отсутствие пустоты — нисколько не препятствует движениям частиц!

Т.о. в неклассические времена находится решение, каким образом движение — может осуществляться и в условиях полного отсутствия пустоты (=несуществования небытия).

Естествознание. 10 класс

Конспект урока

Естествознание, 10 класс

Урок 12. Фундаментальные поля как составляющие материи

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Фундаментальное взаимодействие – тип физического взаимодействия, который не сводится к другим взаимодействиям.

Концепция дальнодействия — совокупность представлений, согласно которым действие одного тела на другое передается мгновенно через пустоту на сколь угодно большие расстояния. Открытие электромагнитного поля показало, что концепция дальнодействия неверна.

Гравитационное взаимодействие – универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми материальными телами, имеющими массу.

Гравитационное поле – одно из физических полей, через которое осуществляется гравитационное взаимодействие.

Пробное тело – физическая модель, обладающая массой (остальными параметрами можно пренебречь) не влияющая на систему; применяется для измерения величины гравитационного взаимодействия.

Электромагнитное взаимодействие – тип фундаментального взаимодействия, в котором участвуют заряженные частицы.

Электромагнитное поле – одно из физических полей, через которое осуществляется электромагнитное взаимодействие.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Взаимосвязь материальных объектов проявляется прежде всего в том, что они взаимодействуют друг с другом, т.е. воздействуют друг на друга. Взаимодействие между телами характеризуется некоторой силой.

В повседневной жизни мы встречаемся с разнообразными силами. Мы можем наблюдать силу ветра, мы прикладываем мускульную силу, чтобы поднять и перенести тяжести. Электрическая сила заставляет двигаться электропоезда. В курсе физики вы знакомились с силами упругости и трения.

Для характеристики взаимодействий, которые не сводятся к другим взаимодействиям, используют понятие фундаментальные (основные).

Таким образом, все перечисленные выше силы — лишь разные проявления этих фундаментальных сил, или взаимодействий.

Современная наука выделяет четыре типа фундаментальных взаимодействий:

Заметим, что два последних проявляются на расстояниях соизмеримых с размером ядра, т.е. их действие распространяется на сверхмалых расстояниях.

Как описать фундаментальное взаимодействие

Чтобы понять, как воздействует одно тело на другое с помощью фундаментального взаимодействия, нужно уяснить какими характеристиками они обладают. Можно выделить два подхода к описанию фундаментальных взаимодействий: концепция дальнодействия и концепция близкодействия.

По концепции дальнодействия, зародившейся в рамках классической механики, считается, что все взаимодействия между телами осуществляются через пустое пространство на любое расстояние мгновенно, так как скорость света в классической механике принята за бесконечность.

Согласно второй концепции, все взаимодействия передаются при помощи тех или иных полей, непрерывно распространяющихся в пространстве. Согласно современным взглядам, не существует взаимодействий, в том числе фундаментальных, которые распространяются быстрее света (согласно общей теории относительности).

Рассмотрим описание взаимодействия частиц при помощи поля на примере гравитационного и электромагнитного взаимодействий.

В курсе физики вы изучали закон всемирного тяготения: все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Оно универсально, т.е. осуществляется между любыми объектами, имеющими гравитационные свойства, которые характеризуются такой величиной как масса. Гравитационное взаимодействие – самое слабое и существенно лишь для тел с большими массами. Действуя и в микромире, оно играет основную роль лишь в макромире и особенно в мегамире.

Рассмотрим гравитационное взаимодействие на примере пробного тела в Солнечной системе, обозначив его массу через m (не путать с весом). В соответствии с законом всемирного тяготения на него действуют все тела Солнечной системы с силой притяжения, равной векторной сумме всех этих сил (_g – суммарная гравитационная сила). Поскольку каждая из отдельных сил пропорциональна массе m, то суммарную силу можно описать формулой:

Поэтому действие гравитационных сил, создаваемое некоторой системой тел и действующее на пробное тело, можно представить как действие гравитационного поля, создаваемого всеми телами (за исключением пробного) на пробное тело.

Подобные рассуждения можно сделать и для электрического поля. Используя в этом случае закон Кулона: сила взаимодействия двух пробных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Тогда, , где сила системы заряженных тел, q – пробный заряд, – напряженность электрического поля (является характеристикой поля).

Таким образом, система заряженных тел действует на пробный заряд с определенной силой как электрическое поле.

При этом стоит отметить, что если заряды перейдут в движение, то кроме электрических сил, начинают действовать и магнитные силы. Если принять во внимание относительность механического движения, тогда кажется правомерным вывод, что эти силы связаны между собой.

Фундаментальные поля как часть материи

Стоит отметить, что уже описанные фундаментальные взаимодействия (гравитационное и электромагнитное), а также сильное и слабое взаимодействия осуществляются на элементарном уровне.

В космических масштабах такие наблюдения более наглядны. Так, луч света (электромагнитное взаимодействие) от Солнца доходит до Земли за 8 минут, а от Полярной звезды — за 472 года, т.е. мы видим сейчас Полярную звезду такой, какой она была во времена Колумба.

Резюме теоретической части:

Взаимосвязь материальных объектов проявляется прежде всего в том, что они взаимодействуют друг с другом. При этом, не существует одного универсального вида взаимодействия, а имеются четыре вида взаимодействий, которые осуществляются посредством соответствующих полей, являющихся их материальным носителями. Такими взаимодействиями являются: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.

Конечность скорости распространения фундаментальных полей и перенос энергии и импульса этими полями позволяют признать их одной из составляющих материи.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. В макромире в области масштабов от радиуса атома до нескольких километров наиболее эффективным является … взаимодействие.

Пояснение: правильный ответ – «б». Поскольку сильное и слабое взаимодействие проявляются в масштабах, соотносимых с размером ядра. При этом гравитационное взаимодействие является очень слабым взаимодействием, суммируется и проявляется при огромных массах, поэтому на уровне атомов гравитационными силами пренебрегают.

Задание 2. Соотнесите, какие из утверждений относятся к электромагнитному, а какие – к гравитационному взаимодействию.

а) частица-переносчик – фотон;

б) частица-переносчик – гравитон;

в) обеспечивает взаимодействие абсолютно всех частиц;

г) обеспечивает взаимодействие электрически заряженных частиц;

д) действует на расстояниях соизмеримых с размером ядра атома;

е) распространяется со скоростью света.

Электромагнитное взаимодействие: а, г, е.

Гравитационное взаимодействие: б, в, е.

Пояснение: ответ «д» является характеристикой сильного взаимодействия, т.е. не соответствует ни одному из рассматриваемых взаимодействий.

Источник

ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ. ВЕЩЕСТВО И ПОЛЕ: ПОЛЕВАЯ ГИПОТЕЗА ФОРМИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Вещество и поле – фундаментальные физические понятия, обозначающие два основных вида материи на макроскопическом уровне. Вещество – совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя (атомы, молекулы и то, что из них построено). Поле – вид материи, характеризующейся непрерывностью и имеющей нулевую массу покоя (электромагнитное поле и поле тяготения – гравитационное).

Но поле и вещество нельзя противопоставлять друг другу. Если рассматривать структуру вещества, то во всех системах внутреннее пространство будет «занято» полями, на долю собственно частиц приходится ничтожная часть общего объема системы, т.е. поля входят в структуру вещества. В свою очередь квантами полей выступают частицы, относящиеся к веществу. В этой неразрывной взаимосвязи частиц и полей можно видеть одно из важнейших проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре материи.

Частицы обладают относительной прерывностью и локализованностью в пространстве, тогда как поля непрерывно распределены в пространстве. При этом поля не являются абсолютно континуальными средами. При излучении и поглощении они проявляются относительно дискретно – в виде квантов: фотонов, мезонов и др. Кванты полей взаимодействуют с частицами вещества как дискретные образования. Частицы вещества также нельзя представлять в виде каких-то образований с абсолютно резкими гранями. Частицы неотделимы от полей, и не существует абсолютно четкой границы, где кончается собственно частица и начинается ее внешнее поле. В пограничной области существует непрерывный взаимопереход полей и частиц.

А. Эйнштейн в своей популярной книге «Эволюция физики» писал: «Мы имеем две реальности – вещество и поле. Несомненно, что в настоящее время мы не можем представить себе всю физику построенной на понятии вещества. В настоящее время мы принимаем оба понятия. Можем ли мы считать вещество и поле двумя различными, несходными реальностями? … Что является физическим критерием, различающим вещество и поле? Раньше мы пытались бы ответить на этот вопрос следующим образом: вещество имеет массу, в то время как поле ее не имеет. Поле представляет энергию, вещество представляет массу. Но мы уже знаем, что такой ответ в свете новых знаний недостаточен. Из теории относительности мы знаем, что вещество представляет собой огромные запасы энергии и что энергия представляет вещество. Мы не можем таким путем провести качественное различие между веществом и полем, так как различие между массой и энергией не качественное. Гораздо большая часть энергии сосредоточена в веществе, но поле, окружающее частицу, также представляет собой энергию, хотя и в несравненно меньшем количестве. Поэтому мы могли бы сказать: вещество – там где концентрация энергии велика, поле – там, где концентрация энергии мала. Но если это так, то различие между веществом и полем скорее количественное, чем качественное. Нет смысла рассматривать вещество и поле как два качества, совершенно отличные друг от друга. Мы не можем представить себе резкую границу, разделяющую поле и вещество.» [А. Эйнштейн. Эволюция физики. М.: Устойчивый мир, 2001. С. 209-210.].

У всех форм движения материи есть нечто общее. Все они сводятся к взаимодействию тел, которое обусловливает соединение различных материальных элементов в системы, их структурные связи и контакты с другими материальными системами. Таким образом, все свойства тел производны от взаимодействий. Для всякого объекта существовать – значит взаимодействовать, как-то проявлять себя по отношению к другим телам, находиться с ними в объективных отношениях. Взаимодействие представляет собой развертывающийся во времени и пространстве процесс воздействия одних объектов на другие путем обмена материей и движением. Взаимодействие всегда выступает как движение материи, а любое движение включает в себя различные виды взаимодействия.

По существу, понятия «движение» и «взаимодействие» совпадают, хотя часто употребляются в разных контекстах. Когда мы говорим о движении, то имеем в виду не столько внутренние изменения, основанные на структурных взаимодействиях элементов системы, сколько внешнее пространственное перемещение тел, где взаимодействия как будто не видно. Но если взглянуть глубже, то и при пространственном перемещении тел обязательно есть их взаимодействие с окружающей средой и материальными полями, в результате чего изменяются свойства тел. Не существует такого движения, в содержании которого не было бы взаимодействия элементов материи. В то же время всякое взаимодействие выступает как определенное изменение и движение.

Гравитационное взаимодействие.

Гравитационное взаимодействие первым из всех известных сегодня фундаментальных взаимодействий стало предметом исследования ученых. Классическая (ньютоновская) теория тяготения была создана еще в XVII в. после открытия закона всемирного тяготения.

Гравитационное взаимодействие обладает специфическими свойствами, отличающими его от других фундаментальных взаимодействий. Во-первых, это самое слабое из всех известных взаимодействий, оно неизмеримо слабее силы взаимодействия электрических зарядов. Тем не менее, эта очень слабая сила 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. Такая огромная роль гравитационного взаимодействия определяется его второй особенностью – универсальностью. Ничто во Вселенной не может избежать этой силы. Все тела и частицы, не только имеющие массу, а также поля участвуют в гравитационном взаимодействии. Оно тем больше, чем больше массы взаимодействующих тел. Эта закономерность была выявлена еще Ньютоном и сформулирована им в законе всемирного тяготения, который описывает гравитационное взаимодействие. Поэтому в микромире гравитационная сила слаба, она теряется на фоне более могучих сил. Зато в макромире она господствует. Кроме того, гравитация – дальнодействующая сила. Разумеется, ее интенсивность убывает с расстоянием (об этом также говорит закон всемирного тяготения), но продолжает сказываться и на очень больших расстояниях.

Для гравитации не существует противоположной эквивалентной силы отталкивания (антигравитации). Даже в антимире, если он существует, все античастицы обладают положительными значениями массы и энергии, поэтому гравитация всегда проявляется только как притяжение.

Электромагнитное взаимодействие.

Электромагнитное взаимодействие также обладает универсальным характером и существует между любыми телами. 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 обычные силы: силы упругости, трения, поверхностного натяжения, им определяются агрегатные состояния вещества, оптические явления и др.

По своей величине электромагнитные силы намного превосходят гравитационные, занимая второе место на шкале взаимодействий, поэтому эти силы легко наблюдать даже между телами обычных размеров. Но, как и гравитационные силы, электромагнитное взаимодействие является дальнодействующим, его действие ощутимо на больших расстояниях от источника. Как и гравитация, оно подчиняется закону обратных квадратов, уменьшается с расстоянием, но не исчезает. На заре развития науки об электричестве электрические и магнитные компоненты этого взаимодействия рассматривались как независимые, не связанные между собой родством. Максвелл доказал, что обе силы – это проявление одного и того же феномена. Так был создан прецедент в науке, показавший, что за внешним различием природных сил может скрываться их глубокая общность. Электродинамика Максвелла явилась законченной классической теорией электромагнетизма, сохраняющей свое значение и в наши дни. Но современная физика создала более совершенную и точную теорию электромагнетизма, в которой учтены квантово-полевые аспекты явления. Эта теория названа квантовой электродинамикой. Теория начинается с утверждения существования электрического заряда, который проявляется в двух разновидностях: 1) заряд, присущий электрону, назван отрицательным; 2) заряд, присущий протону и позитрону, назван положительным. В отличие от гравитационного взаимодействия, не все материальные частицы являются носителями электрического заряда. Существуют электрически нейтральные частицы, например, нейтроны. Электрический заряд создает поле, квантом которого является безмассовый бозон – фотон со спином, равным 1. Взаимодействие зарядов обеспечивается обменом виртуальных фотонов. В случае разноименных зарядов обмен создает эффект притяжения, а в случае одноименных – отталкивания. В этом проявляется еще одно отличие от гравитационного взаимодействия, которое проявляется только как притяжение. Жизнь на Земле возникла, развивалась и долгое время протекала в условиях относительно слабых электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых естественными источниками. К ним относятся электрическое и магнитное поле Земли, космические источники радиоволн (Солнце и другие звезды), процессы, происходящие в атмосфере Земли, например, разряды молнии, колебания в ионосфере). Являясь постоянно действующим экологическим фактором, эти поля имеют определенное значение в жизнедеятельности всех организмов.

На субатомном уровне (т. е. на уровне элементарных частиц) различие вещества и поля становится относительным. Поля (электромагнитное и гравитационное) утрачивают чисто непрерывный характер: им необходимо соответствуют дискретные образования – кванты (фотоны и гравитоны). А элементарные частицы, из которых состоит вещество – протоны, нейтроны, электроны, мезоны и т. д. – выступают как кванты соответствующих нуклонных, мезонных и др. полей и утрачивают свой чисто дискретный характер. Неправомерно на субатомном уровне различать вещество и поле и по наличию или отсутствию массы покоя, т. к. нуклонные, мезонные и т. д. поля обладают массой покоя. В современной физике поля и частицы выступают как две неразрывно связанные стороны микромира, как выражение единства корпускулярных (дискретных) и волновых (континуальных, непрерывных) свойств микрообъектов. Представления о поле выступают также как основа для объяснения процессов взаимодействия, воплощая принцип близкодействия.

Необходимо учесть и еще один момент – энергетическую и информационную составляющую естественных электромагнитных полей окружающего неорганического мира, а также особенности информационных биологических эффектов.

Полевая гипотеза организации живой материи.

Обычно пытаются исследовать различия гравитационного и электромагнитного полей. А если использовать другой, противоположный подход – поиски того, что их объединяет? Они обладают универсальным характером и существуют между любыми телами. Гравитационное поле осуществляет пространственную, а естественное электромагнитное поле – временнỳю организацию биологических объектов. Именно это их объединяет.

Четырехмерный пространственно-временной континуум есть универсальный принцип взаимосвязи и взаимодействия пространства, времени и тяготения. Именно в этом пространственно-временном аспекте необходимо рассмотреть фундаментальные принципы внешнего управляющего воздействия – принцип гравитационного управления морфогенезом и принцип информационной регуляции жизнедеятельности.

Возьмем несколько фундаментальных положений синергетики Германа Хакена. Поле управляет веществом. Воздействие поля на живые организмы – внешнее управляющее воздействие (ВУВ). Это внешняя, действующая причина организации жизнедеятельности. На живые организмы действует множество факторов внешней среды. Но гравитационное и электромагнитное поле – параметры порядка, починяющие себе другие факторы – это и есть принцип подчинения.

С момента открытия четырех видов физических взаимодействий перед учеными стоит проблема создания единой теории поля. Эйнштейн бился над ней всю жизнь, но она так и не создана до сих пор. В чем сущность такой попытки? Здесь мы имеем один интересный момент объединения – пространственно- временнóе взаимодействие, пространственно-временнáя организация биосферы. Важнейшей проблемой теоретической биологии является объединение гравитационного и электромагнитного взаимодействия и создание единой теории биологического поля.

Пространственно-временная организация биосферы есть результат гравитационно-электромагнитного пространственно-временнóго взаимодействия с неорганической материей.

Источник

Значение выражений ngs123.ru

поле как вид материи

МАТЕРИЯ И ПОЛЕ

Читайте также

2. Вещество и поле

1. Общественное поле

Выигрыш на поле боя

4. Эфирное поле

БОБОВОЕ ПОЛЕ

НА ПОЛЕ КУЛИКОВОМ

ПОЛЕ БЕЗ МАТЕРИИ

Поле боя

«Стрела в поле»

4.1. Семантическое поле[131]

Глава 1 Поле

Поле молнии