Koja polja postoje u fizici? Fundamentalna polja. D. Maxwellova teorija elektromagnetskih sila

Čim smo prešli na fizikalne temelje pojma moderne prirodne znanosti, onda, kao što ste vjerojatno primijetili, u fizici postoji niz naizgled jednostavnih, ali temeljnih pojmova, koji, međutim, nisu tako - laki za razumijevanje. daleko. To uključuje prostor, vrijeme, o kojima se stalno raspravlja u našem kolegiju, a sada još jedan temeljni pojam - polje. U mehanici diskretnih objekata, mehanici Galilea, Newtona, Descartesa, Laplacea, Lagrangea, Hamiltona i drugim mehanikama fizikalnog klasicizma, složili bismo se da sile međudjelovanja između diskretnih objekata uzrokuju promjene u parametrima njihova gibanja (brzina, zamah, kutni zamah), mijenjaju svoju energiju, vrše rad itd. I to je, općenito, bilo jasno i razumljivo. Međutim, proučavanjem prirode elektriciteta i magnetizma došlo se do spoznaje da električni naboji mogu međusobno djelovati bez izravnog kontakta. Čini se da u ovom slučaju prelazimo s koncepta kratkog dometa na beskontaktno dugodometno djelovanje. To je dovelo do koncepta polja.

Formalna definicija ovog pojma je sljedeća: fizičko polje je poseban oblik materije koji povezuje čestice (objekte) materije u objedinjeni sustavi i prenošenje djelovanja jedne čestice na drugu konačnom brzinom. Istina, kao što smo već primijetili, takve su definicije preopćenite i ne određuju uvijek duboku i konkretnu praktičnu bit pojma. Fizičari su teško napuštali ideju fizičkog kontaktnog međudjelovanja tijela te su uveli modele kao što su električna i magnetska "tekućina" kako bi objasnili razne pojave; za širenje vibracija koristili su ideju mehaničkih vibracija čestica medija - modeli etera, optičkih tekućina, kalorija, flogistona u toplinskim pojavama, opisujući ih i s mehaničkog gledišta, a čak su i biolozi uveli "životnu silu" kako bi objasnili procese u živim organizmima. Sve ovo nije ništa više od pokušaja da se opiše prijenos radnje kroz materijalni (“mehanički”) medij.

Međutim, rad Faradaya (eksperimentalno), Maxwella (teorijski) i mnogih drugih znanstvenika pokazao je da elektromagnetska polja postoje (uključujući i vakuum) i da su ona ta koja prenose elektromagnetske oscilacije. Ispostavilo se da je vidljiva svjetlost iste elektromagnetske vibracije u određenom rasponu frekvencija vibracija. Utvrđeno je da se elektromagnetski valovi na skali vibracija dijele u nekoliko vrsta: radio valovi (103 - 10-4), svjetlosni valovi (10-4 - 10-9 m), IC (5 × 10-4 - 8 × 10 -7 m), UV (4 × 10-7 - 10-9 m), rendgensko zračenje (2 × 10-9 - 6 × 10-12 m), γ-zračenje (< 6 ×10-12 м).

Dakle, što je polje? Najbolje je koristiti neku vrstu apstraktnog prikaza, au toj apstrakciji, opet, nema ničeg neobičnog ili neshvatljivog: kao što ćemo kasnije vidjeti, iste se apstrakcije koriste u konstruiranju fizike mikrosvijeta i fizike Svemira. Najlakše je reći da je polje svaka fizička veličina koja poprima različite vrijednosti na različitim točkama u prostoru. Na primjer, temperatura je polje (u ovom slučaju skalarno), koje se može opisati kao T = T(x, y, z), ili, ako se mijenja tijekom vremena, T = T (x, y, z, t) . Mogu postojati polja pritiska, uključujući atmosferski zrak, polje raspodjele ljudi na Zemlji ili različitih nacija među stanovništvom, raspodjela oružja na Zemlji, različite pjesme, životinje, bilo što. Mogu postojati i vektorska polja, kao što je, na primjer, polje brzine tekućine koja teče. Već znamo da je brzina (x, y, z, t) vektor. Stoga brzinu gibanja tekućine u bilo kojoj točki prostora u trenutku t zapisujemo u obliku (x, y, z, t). Slično se mogu prikazati i elektromagnetska polja. Konkretno, električno polje je vektor, budući da je Coulombova sila između naboja prirodno vektor:

(1.3.1)
Mnogo je domišljatosti uloženo u pomoć ljudima da vizualiziraju ponašanje polja. I pokazalo se da je najispravnije gledište ono najapstraktnije: potrebno je samo promatrati polje kao matematičku funkciju koordinata i vremena nekog parametra koji opisuje pojavu ili učinak.

Međutim, također možemo pretpostaviti jasan, jednostavan model vektorskog polja i njegov opis. Možete izgraditi mentalnu sliku polja crtanjem vektora na mnogim točkama u prostoru koji određuju neke karakteristike procesa interakcije ili kretanja (za protok tekućine, ovo je vektor brzine pokretnog toka čestica; električni fenomeni mogu biti razmatrati kao model kao nabijenu tekućinu s vlastitim vektorom jakosti polja itd.). Napomenimo da je metoda određivanja parametara gibanja preko koordinata i količine gibanja u klasičnoj mehanici Lagrangeova metoda, a određivanje preko vektora brzine i tokova Eulerova metoda. Iz ovog prikaza modela lako se pamti školski tečaj fizika. To su npr. dalekovodi električno polje(riža.). Po gustoći ovih linija (točnije, tangenti na njih) možemo suditi o intenzitetu strujanja tekućine. Broj ovih linija po jedinici površine koja se nalazi okomito na linije sile bit će proporcionalan jakosti električnog polja E. Iako je slika linija sile koju je uveo Faraday 1852. vrlo vizualna, treba razumjeti da je to samo konvencionalna slika, jednostavan fizički model (i samim time apstraktan), jer, naravno, u prirodi nema linija ili niti koje se protežu u prostoru i mogu utjecati na druga tijela. Linije sile zapravo ne postoje; one samo olakšavaju razmatranje procesa povezanih s poljima sila.

U ovom fizičkom modelu možete ići dalje: odrediti koliko tekućine ulazi ili istječe iz određenog volumena oko odabrane točke u polju brzina ili intenziteta. To je zbog razumljive ideje o prisutnosti u određenom volumenu izvora tekućine i njezinih odvoda. Takve ideje dovode nas do široko korištenih koncepata analize vektorskih polja: protok i cirkulacija. Unatoč određenoj apstrakciji, oni su zapravo vizualni, imaju jasno fizičko značenje i prilično su jednostavni. Pod protokom podrazumijevamo ukupnu količinu tekućine koja istječe po jedinici vremena kroz neku zamišljenu površinu blizu točke koju smo odabrali. Matematički se to piše ovako:

(1.3.2)
oni. ta veličina (protok Fv) jednaka je ukupnom umnošku (integralu) brzine na površini ds kroz koju teče tekućina.

Pojam cirkulacije također je povezan s pojmom protoka. Može se upitati: cirkulira li naša tekućina, dolazi li kroz površinu odabranog volumena? Fizičko značenje cirkulacije je da određuje mjeru gibanja (tj. opet povezano s brzinom) tekućine kroz zatvorenu petlju (linija L, za razliku od protoka kroz površinu S). Ovo se može napisati i matematički: kruženje duž L

(1.3.3)
Naravno, možete reći da su ti koncepti protoka i cirkulacije još uvijek previše apstraktni. Da, to je točno, ali ipak je bolje koristiti apstraktne prikaze ako oni u konačnici daju točne rezultate. Šteta je, naravno, što su apstrakcija, ali za sada se ništa ne može učiniti.

Međutim, pokazalo se da se korištenjem ova dva koncepta protoka i kruženja može doći do četiri poznate Maxwellove jednadžbe, koje opisuju gotovo sve zakone elektriciteta i magnetizma kroz prikaz polja. Tu se, međutim, koriste još dva pojma: divergencija - divergencija (na primjer, istog protoka u prostoru), koja opisuje mjeru izvora, i rotor - vrtlog. Ali nećemo ih trebati za kvalitativno razmatranje Maxwellovih jednadžbi. Naravno, u našem tečaju ih nećemo citirati, a kamoli pamtiti. Štoviše, iz ovih jednadžbi slijedi da su električno i magnetsko polje međusobno povezani, tvoreći jedno elektromagnetsko polje u kojem se elektromagnetski valovi šire brzinom jednaka brzina svjetlosni c = 3 ×108 m/s. Odavde je, usput rečeno, izveden zaključak o elektromagnetskoj prirodi svjetlosti.

Maxwellove jednadžbe su matematički opis eksperimentalnih zakona elektriciteta i magnetizma, koje su prethodno ustanovili mnogi znanstvenici (Amper, Oersted, Bio-Savart, Lenz i drugi), a u mnogočemu i Faraday, za kojeg su rekli da nema vrijeme da zapiše što otkrije. Valja napomenuti da je Faraday formulirao ideje o polju kao novom obliku postojanja materije, ne samo na kvalitativnoj, već i na kvantitativnoj razini. Zanimljivo je da je svoje znanstvene bilješke zatvorio u omotnicu, tražeći od njega da je otvori nakon njegove smrti. To je, međutim, učinjeno tek 1938. Stoga je teoriju elektromagnetskog polja opravdano smatrati Faraday-Maxwellovom teorijom. Odajući počast Faradayevim zaslugama, utemeljitelj elektrokemije i predsjednik Londonskog kraljevskog društva, G. Davy, za kojeg je Faraday isprva radio kao laboratorijski pomoćnik, napisao je: "Iako sam napravio broj znanstvena otkrića"Najznačajnije je to što sam otkrio Faradaya."

Ovdje se nećemo doticati brojnih pojava vezanih uz elektricitet i magnetizam (za to postoje odjeljci u fizici), ali napominjemo da su i pojave elektro- i magnetostatike, te dinamika nabijenih čestica u klasičnom prikazu dobro opisane Maxwellove jednadžbe. Budući da su sva tijela u mikro i makrokozmosu nabijena na ovaj ili onaj način, Faraday-Maxwellova teorija dobiva doista univerzalni karakter. U okviru njega opisuje se i objašnjava kretanje i međudjelovanje nabijenih čestica u prisutnosti magnetskog i električnog polja. Fizičko značenje četiri Maxwellove jednadžbe sastoji se od sljedećih odredbi.

1. Coulombov zakon, koji određuje sile međudjelovanja između naboja q1 i q2

(1.3.4)
odražava učinak električnog polja na te naboje

(1.3.5)
gdje je jakost električnog polja, a je Coulombova sila. Odavde možete dobiti i druge karakteristike međudjelovanja nabijenih čestica (tijela): potencijal polja, napon, struju, energiju polja itd.

2. Električne linije sile počinju na nekim nabojima (konvencionalno se smatraju pozitivnima) i završavaju na drugim - negativnim, tj. one su diskontinuirane i koincidiraju (to im je modelno značenje) sa smjerom vektora jakosti električnog polja - jednostavno su tangentne na linije sile. Magnetske sile su zatvorene same u sebe, nemaju ni početka ni kraja, tj. stalan. Ovo je dokaz nepostojanja magnetskih naboja.

3. Bilo koji struja stvara magnetsko polje, a to magnetsko polje može biti stvoreno ili konstantnom (tada će postojati konstantno magnetsko polje) i izmjeničnom električnom strujom, ili izmjeničnim električnim poljem (izmjenično magnetsko polje).

4. Izmjenično magnetsko polje zbog fenomena elektromagnetske indukcije po Faradayu stvara električno polje. Dakle, izmjenična električna i magnetska polja stvaraju jedno drugo i utječu jedno na drugo. Zato govore o jednom elektromagnetskom polju.

Maxwellove jednadžbe uključuju konstantu c, koja se s nevjerojatnom točnošću podudara s brzinom svjetlosti, iz čega se zaključuje da je svjetlost transverzalni val u izmjeničnom elektromagnetskom polju. Štoviše, ovaj proces širenja valova u prostoru i vremenu traje neograničeno, jer se energija električnog polja pretvara u energiju magnetskog polja i obrnuto. U elektromagnetskim svjetlosnim valovima vektori intenziteta električnog i magnetskog polja osciliraju međusobno okomito (dakle slijedi da je svjetlost transverzalni val), a sam prostor djeluje kao nositelj vala koji je pritom napet. No, brzina širenja valova (ne samo svjetlosti) ovisi o svojstvima medija. Dakle, ako se gravitacijska interakcija dogodi "trenutačno", tj. je dugog dometa, tada će električna interakcija biti kratkog dometa u tom smislu, budući da se širenje valova u prostoru događa konačnom brzinom. Tipični primjeri je slabljenje i disperzija svjetlosti u različitim medijima.

Dakle, Maxwellove jednadžbe povezuju svjetlosne pojave s električnim i magnetskim i time daju temeljnu važnost Faraday-Muswellovoj teoriji. Napomenimo još jednom da elektromagnetsko polje postoji posvuda u Svemiru, uključujući i različite medije. Maxwellove jednadžbe imaju istu ulogu u elektromagnetizmu kao Newtonove jednadžbe u mehanici i čine osnovu elektromagnetske slike svijeta.

20 godina nakon stvaranja Faraday-Maxwellove teorije 1887. godine, Hertz je eksperimentalno potvrdio prisutnost elektromagnetskog zračenja u rasponu valnih duljina od 10 do 100 m koristeći iskrište i snimanje signala u krugu nekoliko metara od iskrišta. Izmjerivši parametre zračenja (valnu duljinu i frekvenciju), utvrdio je da se brzina širenja valova podudara s brzinom svjetlosti. Naknadno su proučavani i razvijeni drugi frekvencijski rasponi elektromagnetskog zračenja. Utvrđeno je da je moguće dobiti valove bilo koje frekvencije, pod uvjetom da je dostupan odgovarajući izvor zračenja. Elektromagnetski valovi do 1012 Hz (od radio valova do mikrovalova) mogu se dobiti elektroničkim metodama, a infracrveni, svjetlosni, ultraljubičasti i rendgenski valovi mogu se dobiti atomskim zračenjem (frekvencijski raspon od 1012 do 1020 Hz). Emitira se gama zračenje s frekvencijom osciliranja iznad 1020 Hz atomske jezgre. Tako je utvrđeno da je priroda svih elektromagnetskih zračenja ista i da se sva razlikuju samo po svojim frekvencijama.

Elektromagnetsko zračenje (kao i svako drugo polje) ima energiju i zamah. A ova se energija može izvući stvaranjem uvjeta pod kojima polje pokreće tijela. U vezi s određivanjem energije elektromagnetskog vala, zgodno je proširiti pojam protoka (u ovom slučaju energije) koji smo spomenuli na prikaz gustoće protoka energije, koji je prvi uveo ruski fizičar Umov, koji je, usput, , bio je uključen u više Opća pitanja prirodne znanosti, posebice povezanost živih bića u prirodi i energije. Gustoća toka energije je količina elektromagnetske energije koja prolazi kroz jedinicu površine okomito na smjer širenja vala u jedinici vremena. Fizički, to znači da je promjena energije unutar volumena prostora određena njegovim protokom, tj. Umov vektor:

(1.3.6)
gdje je c brzina svjetlosti.
Jer za ravni val E = B i energija je jednako podijeljena između valova električnog i magnetskog polja, tada (1.3.6) možemo napisati u obliku

(1.3.7)
Što se tiče impulsa svjetlosnog vala, lakše ga je dobiti iz poznate Einsteinove formule E = mc2, koju je on dobio u teoriji relativnosti, a koja također uključuje brzinu svjetlosti c kao brzinu širenja elektromagnetskog vala, stoga je korištenje Einsteinove formule ovdje fizički opravdano. Problemima teorije relativnosti bavit ćemo se dalje u poglavlju 1.4. Ovdje napominjemo da formula E = mc2 odražava ne samo odnos između energije E i mase m, već i zakon očuvanja ukupna energija u bilo kojem fizički proces, a ne odvojeno očuvanje mase i energije.

Tada, uzimajući u obzir da energija E odgovara masi m, impuls elektromagnetskog vala, tj. umnožak mase i brzine (1.2.6), uzimajući u obzir brzinu elektromagnetskog vala sa

(1.3.8)
Ova distribucija je prikazana radi jasnoće, jer je, strogo govoreći, formulu (1.3.8) netočno dobiti iz Einsteinove relacije, jer je eksperimentalno utvrđeno da je masa fotona kao kvanta svjetlosti jednaka nuli.

Sa stajališta suvremene prirodne znanosti, upravo Sunce elektromagnetskim zračenjem osigurava uvjete za život na Zemlji, a tu energiju i impuls možemo kvantitativno odrediti fizikalnim zakonima. Usput, ako postoji puls svjetlosti, tada svjetlost mora vršiti pritisak na površinu Zemlje. Zašto to ne osjećamo? Odgovor je jednostavan i leži u danoj formuli (1.3.8), budući da je vrijednost c ogroman broj. Ipak, tlak svjetlosti je eksperimentalno u vrlo suptilnim eksperimentima otkrio ruski fizičar P. Lebedev, au Svemiru je potvrđen prisutnošću i položajem kometnih repova koji nastaju pod utjecajem impulsa elektromagnetskog svjetlosnog zračenja. Drugi primjer koji potvrđuje da polje ima energiju je prijenos signala sa svemirskih stanica ili s Mjeseca na Zemlju. Iako ti signali putuju brzinom svjetlosti c, ali s konačnim vremenom zbog velikih udaljenosti (od Mjeseca signal putuje 1,3 s, od samog Sunca - 7 s). Pitanje: gdje je energija zračenja između odašiljača i svemirska postaja a prijemnik na Zemlji? U skladu sa zakonom očuvanja, mora biti negdje! I doista je na taj način sadržan upravo u elektromagnetskom polju.

Imajte na umu također da se prijenos energije u prostoru može dogoditi samo u izmjeničnim elektromagnetskim poljima kada se brzina čestica mijenja. Kod konstantne električne struje stvara se konstantno magnetsko polje koje djeluje na nabijenu česticu okomito na smjer njezina gibanja. To je takozvana Lorentzova sila, koja "uvija" česticu. Dakle, konstantno magnetsko polje ne vrši nikakav rad (δA = dFdr) i, prema tome, nema prijenosa energije s naboja koji se kreću u vodiču na čestice izvan vodiča u prostoru oko kroz konstantno magnetsko polje. U slučaju izmjeničnog magnetskog polja uzrokovanog izmjeničnim električnim poljem, naboji u vodiču doživljavaju ubrzanje duž smjera kretanja i energija se može prenijeti na čestice koje se nalaze u prostoru u blizini vodiča. Stoga samo naboji koji se kreću ubrzano mogu prenijeti energiju kroz izmjenično elektromagnetsko polje koje stvaraju.

Vraćajući se općem konceptu polja kao određene raspodjele odgovarajućih veličina ili parametara u prostoru i vremenu, možemo pretpostaviti da se takav koncept primjenjuje na mnoge pojave ne samo u prirodi, već iu gospodarstvu ili društvu kada se koriste odgovarajući fizički modeli. Potrebno je samo u svakom slučaju provjeriti pokazuje li odabrana fizikalna veličina ili njezin analog takva svojstva da bi njezino opisivanje modelom polja bilo korisno. Imajte na umu da je kontinuitet veličina koje opisuju polje jedan od glavnih parametara polja i dopušta korištenje odgovarajućeg matematičkog aparata, uključujući i onaj koji je ukratko spomenut gore.

U tom smislu sasvim je opravdano govoriti o gravitacijskom polju, gdje se vektor gravitacijske sile kontinuirano mijenja, te o drugim poljima (npr. informacijsko, polje tržišne ekonomije, polja sila umjetnička djela itd.), gdje se manifestiraju nama nepoznate sile ili tvari. Nakon što je s pravom proširio svoje zakone dinamike na nebesku mehaniku, Newton je uspostavio zakon univerzalne gravitacije

(1.3.9)
prema kojem je sila koja djeluje između dviju masa m1 i m2 obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti R između njih, G je konstanta gravitacijske interakcije. Ako po analogiji s elektromagnetskim poljem uvedemo vektor jakosti gravitacijskog polja, tada iz (1.3.9) možemo izravno prijeći na gravitacijsko polje.

Formulu (1.3.9) možemo shvatiti na sljedeći način: masa m1 stvara određene uvjete u prostoru na koje masa m2 reagira, a kao rezultat toga djeluje sila usmjerena prema m1. Ti uvjeti su gravitacijsko polje, čiji je izvor masa m1. Da ne bismo svaki put zapisivali silu koja ovisi o m2, obje strane jednadžbe (1.3.9) podijelimo s m2, smatrajući to masom probnog tijela, tj. ono na što djelujemo (pretpostavlja se da ispitna masa ne unosi smetnje u gravitacijsko polje). Zatim

(1.3.10)
U biti, sada desna strana (1.3.10) ovisi samo o udaljenosti između masa m1 i m2, ali ne ovisi o masi m2 i određuje gravitacijsko polje u bilo kojoj točki prostora udaljenoj od izvora gravitacije m1 na udaljenosti R neovisno o tome postoji li tamo masa m2 ili ne. Stoga možemo još jednom prepisati (1.3.10) tako da masa izvora gravitacijskog polja ima odlučujuću vrijednost. Označimo desnu stranu (1.3.10) s g:

(1.3.11)
gdje je M = m1.
Kako je F vektor, onda je, naravno, i g vektor. Zove se vektor jakosti gravitacijskog polja i daje potpuni opis ovog polja mase M u bilo kojoj točki prostora. Budući da vrijednost g određuje silu koja djeluje na jedinicu mase, onda je to u svom fizičkom smislu i dimenziji ubrzanje. Stoga se jednadžba klasične dinamike (1.2.5) po obliku podudara sa silama koje djeluju u gravitacijskom polju

(1.3.12)
Koncept linija sile također se može primijeniti na gravitacijsko polje, gdje se vrijednosti ocjenjuju prema njihovoj debljini (gustoći) aktivne snage. Gravitacijske silnice sferne mase su ravne, usmjerene prema središtu kugle mase M kao izvoru gravitacije, a prema (1.3.10) međudjelovanje sila opada s udaljenošću od M prema zakonu obrnute proporcionalnosti. na kvadrat udaljenosti R. Dakle, u Za razliku od linija sila električnog polja, koje počinju na pozitivu i završavaju na negativu, u gravitacijskom polju nema specifičnih točaka u kojima počinju, ali u isto vrijeme protežu se u beskonačnost.

Po analogiji s električni potencijal(je potencijalna energija jediničnog naboja koji se nalazi u električnom polju), možemo uvesti gravitacijski potencijal

(1.3.13)
Fizičko značenje (1.3.13) je da je Fgr potencijalna energija po jedinici mase. Uvođenje potencijala električnog i gravitacijskog polja, koji su, za razliku od vektorskih veličina intenziteta, skalarne veličine, pojednostavljuje kvantitativne izračune. Napominjemo da je za sve parametre polja primjenjiv princip superpozicije, koji se sastoji u neovisnosti djelovanja sila (intenziteti, potencijali) i mogućnosti izračunavanja rezultirajućeg parametra (i vektorskog i skalarnog) odgovarajućim zbrajanjem.

Unatoč sličnosti temeljnih zakona električnog (1.3.4) i gravitacijskog (1.3.9) polja te metodologije za uvođenje i korištenje parametara koji ih opisuju, objasnite njihovu bit na temelju opća priroda još uvijek nije uspio. Iako se takvi pokušaji, počevši od Einsteina pa sve do nedavno, neprestano poduzimaju s ciljem stvaranja jedinstvene teorije polja. Naravno, to bi pojednostavilo naše razumijevanje fizičkog svijeta i omogućilo nam da ga jednoobrazno opišemo. O nekim od ovih pokušaja raspravljat ćemo u poglavlju 1.6.

Vjeruje se da gravitacijska i električna polja djeluju neovisno i mogu koegzistirati u bilo kojoj točki prostora istovremeno bez utjecaja jedno na drugo. Ukupna sila koja djeluje na ispitnu česticu naboja q i mase m može se izraziti vektorskom sumom u. Nema smisla zbrajati vektore jer imaju različite dimenzije. Uvođenje u klasičnu elektrodinamiku pojma elektromagnetskog polja s prijenosom međudjelovanja i energije širenjem valova kroz prostor omogućilo je odmak od mehaničkog prikaza etera. U staroj koncepciji, koncepcija etera kao određenog medija koji objašnjava prijenos kontaktnog djelovanja sila bila je eksperimentalno opovrgnuta kako Michelsonovim eksperimentima u mjerenju brzine svjetlosti, tako i, uglavnom, Einsteinovom teorijom relativnosti. Pokazalo se da je moguće fizičke interakcije opisati pomoću polja, zbog čega su formulirane karakteristike zajedničke različitim vrstama polja o kojima smo ovdje govorili. Istina, treba napomenuti da sada ideju etera djelomično oživljavaju neki znanstvenici na temelju koncepta fizičkog vakuuma.

Dakle, nakon mehaničke slike, do tada se formirala nova elektromagnetska slika svijeta. Može se smatrati srednjim u odnosu na modernu prirodnu znanost. Napomenimo neke Opće karakteristike ovu paradigmu. Budući da uključuje ne samo ideje o poljima, već i nove podatke koji su se do tada pojavili o elektronima, fotonima, nuklearnom modelu atoma, uzorcima kemijska struktura tvari i raspored elemenata u Mendeljejevom periodnom sustavu i niz drugih rezultata na putu spoznaje prirode, onda je, naravno, ovaj koncept uključivao i ideje kvantna mehanika te teorija relativnosti, o kojoj će biti više riječi.

Glavna stvar u ovoj reprezentaciji je sposobnost opisivanja veliki broj pojave temeljene na pojmu polja. Utvrđeno je, za razliku od mehaničke slike, da materija postoji ne samo u obliku tvari, već i polja. Elektromagnetska interakcija temeljena na valnim konceptima prilično pouzdano opisuje ne samo električna i magnetska polja, već i optičke, kemijske, toplinske i mehaničke pojave. Metodologija prikaza materije u polju također se može koristiti za razumijevanje polja različite prirode. Pokušalo se povezati korpuskularnu prirodu mikroobjekata s valnom prirodom procesa. Utvrđeno je da je “nositelj” međudjelovanja elektromagnetskog polja foton, koji se već pokorava zakonima kvantne mehanike. Pokušava se pronaći graviton kao nositelj gravitacijskog polja.

Međutim, unatoč značajnom napretku u razumijevanju svijeta oko nas, elektromagnetska slika nije lišena nedostataka. Dakle, ne razmatra probabilističke pristupe, suštinski probabilistički obrasci nisu prepoznati kao temeljni, Newtonov deterministički pristup opisu pojedinačnih čestica i stroga jednoznačnost uzročno-posljedičnih odnosa su očuvani (što sada osporava sinergetika), nuklearna međudjelovanja i njihova polja objašnjavaju se ne samo elektromagnetskim međudjelovanjima između nabijenih čestica. Općenito, ova situacija je razumljiva i objašnjiva, jer svaki uvid u prirodu stvari produbljuje naše razumijevanje i zahtijeva stvaranje novih adekvatnih fizikalnih modela.

Varijabla polja može se formalno promatrati na isti način kao što se u običnoj kvantnoj mehanici razmatra prostorna koordinata, a kvantni operator odgovarajućeg imena pridružuje se varijabli polja.

Paradigma polja, koji predstavlja cjelokupnu fizikalnu stvarnost na fundamentalnoj razini svedenu na mali broj međusobno djelujućih (kvantiziranih) polja, ne samo da je jedan od najvažnijih u modernoj fizici, nego, možda, svakako i dominantan.

Fizičko polje se stoga može okarakterizirati kao distribuirani dinamički sustav s beskonačnim brojem stupnjeva slobode.

Ulogu varijable polja za fundamentalna polja često igra potencijal (skalar, vektor, tenzor), ponekad veličina koja se naziva jakost polja. (Za kvantizirana polja, u određenom smislu, odgovarajući operator također je generalizacija klasičnog koncepta varijable polja).

Također polje u fizici nazivaju fizikalnu veličinu koja se smatra ovisnom o lokaciji: kao potpuni skup, općenito govoreći, različitih vrijednosti ove količine za sve točke nekog proširenog kontinuiranog tijela - kontinuiranog medija, koji u svojoj ukupnosti opisuje stanje ili kretanje ovog produženog tijela. Primjeri takvih polja mogu biti:

  • temperatura (općenito govoreći različita u različitim točkama, kao iu različitim vremenima) u nekom mediju (npr. u kristalu, tekućini ili plinu) - (skalarno) temperaturno polje,
  • brzina svih elemenata određenog volumena tekućine je vektorsko polje brzina,
  • vektorsko polje pomaka i tenzorsko polje naprezanja pri deformaciji elastičnog tijela.

Dinamiku takvih polja također opisuju parcijalne diferencijalne jednadžbe, a povijesno, počevši od 18. stoljeća, takva polja su prva počela razmatrati fizika.

Suvremeni koncept fizičkog polja izrastao je iz ideje elektromagnetskog polja, prvi puta realizirane u fizički konkretnom i relativno bliskom moderni oblik Faraday, matematički dosljedno implementiran od strane Maxwella - u početku koristeći mehanički model hipotetskog kontinuiranog medija - etera, ali zatim idući dalje od upotrebe mehaničkog modela.

Enciklopedijski YouTube

  • 1 / 5

    Među područjima u fizici razlikuju se tzv. fundamentalna. To su polja koja, u skladu s terenskom paradigmom moderne fizike, čine osnovu fizičke slike svijeta, a sva ostala polja i interakcije proizlaze iz njih. Oni uključuju dvije glavne klase polja koja su u međusobnoj interakciji:

    • fundamentalna fermionska polja, koja prvenstveno predstavljaju fizikalnu osnovu za opis materije,
    • temeljna bozonska polja (uključujući gravitacijska, koja su tenzorska polja), koja su proširenje i razvoj koncepta Maxwellovih elektromagnetskih i Newtonovih gravitacijskih polja; Na njima je izgrađena teorija.

    Postoje teorije (primjerice, teorija struna, razne druge teorije objedinjavanja) u kojima ulogu temeljnih polja zauzimaju nešto drugačija, čak fundamentalnija sa stajališta tih teorija, polja ili objekti (a trenutna fundamentalna polja pojavljuju se ili bi se u tim teorijama trebao pojaviti u nekoj aproksimaciji kao "fenomenološka" posljedica). No, takve teorije još uvijek nisu dovoljno potvrđene niti općeprihvaćene.

    Priča

    Povijesno gledano, među temeljnim poljima prvo su otkrivena polja odgovorna za elektromagnetsku (električna i magnetska polja, zatim spojena u elektromagnetsko polje) i gravitacijsku interakciju (upravo kao fizička polja). Ta su polja otkrivena i dovoljno detaljno proučavana već u klasičnoj fizici. U početku su ta polja (u okviru Newtonove teorije gravitacije, elektrostatike i magnetostatike) većini fizičara izgledala više kao formalni matematički objekti uvedeni radi formalne pogodnosti, a ne kao potpuna fizička stvarnost, unatoč pokušajima dubljeg fizičkog razumijevanja , koji je ipak ostao dosta nedorečen ili nije dao previše značajnih plodova. Ali počevši od Faradaya i Maxwella, pristup polju (u ovom slučaju, prema elektromagnetsko polje) kao potpuno smislena fizikalna stvarnost počela se sustavno i vrlo plodonosno primjenjivati, uključujući značajan iskorak u matematičkoj formulaciji ovih ideja.

    S druge strane, kako se kvantna mehanika razvijala, postajalo je sve jasnije da materija (čestice) ima svojstva koja su teoretski svojstvena upravo poljima.

    Trenutna država

    Tako se pokazalo da se fizička slika svijeta u svojoj osnovi može svesti na kvantizirana polja i njihovu interakciju.

    U određenoj mjeri, uglavnom u okviru formalizma integracije preko putanja i Feynmanovih dijagrama, dogodilo se i suprotno kretanje: polja su se mogla značajno prikazati kao gotovo klasične čestice (točnije, kao superpozicija beskonačnog broja gotovo klasičnih čestica koje se gibaju). duž svih zamislivih putanja), a međudjelovanje polja jedno s drugim je poput rađanja i apsorpcije jednih drugih od strane čestica (također sa superpozicijom svih zamislivih varijanti toga). I premda je ovaj pristup vrlo lijep, prikladan i omogućuje, na mnogo načina, psihološki povratak na ideju čestice koja ima dobro definiranu putanju, on ipak ne može poništiti pogled na stvari iz polja, pa čak nije ni potpuno simetrična alternativa njemu (i stoga još bliži lijepom, psihološki i praktično zgodnom, ali ipak samo formalnom uređaju, nego potpuno neovisnom konceptu). Ovdje postoje dvije ključne točke:

    1. postupak superpozicije ne može se "fizički" objasniti ni na koji način u smislu istinski klasičnih čestica; upravo dodano gotovo klasičnoj “korpuskularnoj” slici, a da nije njezin organski element; u isto vrijeme, s terenskog gledišta, ova superpozicija ima jasno i prirodno tumačenje;
    2. sama čestica, koja se kreće jednom zasebnom putanjom na putu integralni formalizam, iako vrlo sličan klasičnom, ipak nije potpuno klasičan: na uobičajeno klasično kretanje određenom putanjom s određenim momentom i koordinatom u svakom određenom trenutku, čak i za jednu jedinu putanju - morate dodati koncept faze (to jest, neko valno svojstvo), što je potpuno strano ovom pristupu u svom čistom obliku, i ovaj trenutak (iako je stvarno sveden na minimum i prilično je lako da samo ne razmišljam o tome) također nema nikakvo organsko unutarnje tumačenje; ali u okviru uobičajenog terenskog pristupa takva interpretacija opet postoji, i opet je organska.

    Dakle, možemo zaključiti da je pristup integracije po putanjama, iako vrlo psihološki prikladan (uostalom, recimo, točkasta čestica s tri stupnja slobode mnogo je jednostavnija od beskonačnodimenzionalnog polja koje je opisuje) i da ima dokazanu praktičnu produktivnost , ali ipak samo određeni preformulacija, iako prilično radikalan, terenski koncept, a ne njegova alternativa.

    I premda u riječima na ovom jeziku sve izgleda vrlo “korpuskularno” (na primjer: “interakcija nabijenih čestica objašnjava se izmjenom druge čestice - nositelja interakcije” ili “međusobno odbijanje dvaju elektrona nastaje zbog razmjene”). virtualnog fotona između njih"), međutim, iza toga postoji takva tipična stvarnost polja, poput širenja valova, iako prilično dobro skrivena u svrhu stvaranja učinkovite računske sheme, i na mnogo načina pruža dodatne mogućnosti za kvalitativno razumijevanje .

    Popis temeljnih polja

    Fundamentalna bozonska polja (polja koja nose temeljne interakcije)

    Ova polja unutar standardnog modela su mjerna polja. Poznate su sljedeće vrste:

    • Elektroslab
      • Elektromagnetsko polje (vidi također foton)
      • Polje je nositelj slabe interakcije (vidi također W- i Z-bozone)
    • Gluonsko polje (vidi također Gluon)

    Hipotetička polja

    Hipotetski in u širem smislu možemo razmotriti bilo koje teorijske objekte (na primjer, polja) koji su opisani teorijama koje ne sadrže unutarnje proturječnosti, jasno nisu u suprotnosti s opažanjima i sposobne su u isto vrijeme proizvesti vidljive posljedice koje nam omogućuju da napravimo izbor u korist te teorije u usporedbi s onima koje su trenutno prihvaćene. U nastavku ćemo govoriti (a to uglavnom odgovara uobičajenom shvaćanju pojma) uglavnom o hipotetičnosti u ovom užem i strožem smislu, podrazumijevajući valjanost i krivotvorenost pretpostavke koju nazivamo hipotezom.

    U teorijskoj fizici razmatraju se mnoga različita hipotetska polja, od kojih svako pripada vrlo specifičnoj teoriji (po svojoj vrsti i matematička svojstva ta polja mogu biti potpuno ili gotovo ista kao poznata nehipotetička polja, ili mogu biti više ili manje vrlo različita; u oba slučaja njihova hipotetička priroda znači da još nisu uočeni u stvarnosti, nisu eksperimentalno otkriveni; Što se tiče nekih hipotetskih polja, može se postaviti pitanje mogu li ih se načelno promatrati, pa čak i mogu li uopće postojati - primjerice, ako se teorija u kojoj su prisutna odjednom pokaže interno kontradiktornom).

    Pitanje što smatrati kriterijem koji omogućuje prijenos određenog specifičnog područja iz kategorije hipotetskog u kategoriju stvarnog prilično je suptilno, budući da je potvrda pojedine teorije i realnosti određenih predmeta sadržanih u njoj često više ili manje posredno. U tom se slučaju stvar obično svodi na nekakav razuman dogovor znanstvene zajednice (čiji su članovi više-manje potpuno svjesni o kakvom je stupnju potvrde zapravo riječ).

    Čak iu teorijama za koje se smatra da su prilično dobro potvrđene, postoji mjesto za hipotetička područja (ovdje govorimo o činjenici da su različiti dijelovi teorije ispitani s različitim stupnjevima temeljitosti, a neka polja koja igraju važnu ulogu u njima se, u načelu, u eksperimentu još uvijek nije sasvim sigurno pojavilo, odnosno za sada izgledaju upravo kao hipoteza izmišljena za određene teorijske svrhe, dok su druga područja koja se pojavljuju u istoj teoriji već dovoljno proučena da se o njima može govoriti kao stvarnost).

    Primjer takvog hipotetskog polja je Higgsovo polje, koje je važno u Standardnom modelu, čija preostala polja nipošto nisu hipotetska, a za sam model se, iako s neizbježnim rezervama, smatra da opisuje stvarnost (barem u kojoj je mjeri stvarnost poznata).

    Postoje mnoge teorije koje sadrže polja koja (još) nikada nisu promatrana, a ponekad same te teorije daju takve procjene da se njihova hipotetska polja očito (zbog slabosti njihove manifestacije koja slijedi iz same teorije) u načelu ne mogu detektirati u dogledno vrijeme. budućnost (na primjer, torzijsko polje). Takve teorije (ako ne sadrže, uz praktički neprovjerljive, dovoljan broj lakše provjerljivih posljedica) ne smatraju se praktičnim interesom, osim ako neke netrivijalne novi put njihove provjere, omogućujući vam da zaobiđete očita ograničenja. Ponekad (kao, na primjer, u mnogim alternativnim teorijama gravitacije - na primjer, Dickeovo polje) uvode se takva hipotetska polja, o čijoj snazi ​​sama teorija ne može reći baš ništa (na primjer, konstanta sprega ovog polja s drugima je nepoznat i može biti prilično velik, a prema želji i mali); Također se obično ne žuri s testiranjem takvih teorija (budući da postoji mnogo takvih teorija, a svaka od njih ni na koji način nije dokazala svoju korisnost, a nije čak ni formalno krivotvoriva), osim u slučajevima kada jedna od njih ne počinje izgledaju obećavajuće iz nekog razloga. rješavanje nekih trenutnih poteškoća (međutim, izdvajanje teorija na temelju nepotvorljivosti - posebno zbog nesigurnih konstanti - ponekad se ovdje napušta, budući da se ozbiljna dobra teorija ponekad može testirati u nadi da će njezina učinak će biti otkriven, iako za to nema jamstava; Ovo je osobito istinito kada uopće postoji malo teorija kandidata ili neke od njih izgledaju posebno fundamentalno zanimljive; također u slučajevima kada je moguće testirati teorije široke klase na svim jednom prema poznatim parametrima, bez posebnog truda na testiranju svakog pojedinačno).

    Također treba napomenuti da je uobičajeno nazivati ​​hipotetskim samo ona polja koja uopće nemaju vidljive manifestacije (ili ih imaju nedovoljno, kao u slučaju Higgsovog polja). Ako je postojanje fizičkog polja čvrsto utvrđeno njegovim vidljivim manifestacijama, a govorimo samo o poboljšanju njegovog teorijskog opisa (na primjer, o zamjeni Newtonovog gravitacijskog polja poljem metričkog tenzora u općoj teoriji relativnosti), onda je ono obično se ne prihvaća govoriti o jednom ili drugom kao hipotetskom (iako se za ranu situaciju u općoj teoriji relativnosti moglo govoriti o hipotetskoj prirodi tenzorske prirode gravitacijskog polja).

    Zaključno, spomenimo takva polja, čiji je tip prilično neobičan, odnosno teorijski sasvim zamisliv, ali u praksi (i u nekim slučajevima, u ranim fazama razvoja) nikada nisu uočena polja takvog tipa. njihove teorije, mogle bi se pojaviti sumnje u njezinu dosljednost). Tu prije svega spadaju tahionska polja. Zapravo, tahionska polja se radije mogu nazvati samo potencijalno hipotetskim (to jest, ne dosežu status obrazovana pretpostavka), budući da su poznate konkretne teorije u kojima manje-više igraju značajnu ulogu teorije struna, na primjer, same nisu postigle dovoljno dokazan status.

    Čak i egzotičnija (na primjer, Lorentz-neinvarijantna - koja krše načelo relativnosti) polja (unatoč tome što su apstraktno teorijski sasvim zamisliva) u modernoj fizici mogu se klasificirati kao ona koja stoje prilično daleko izvan okvira razumne pretpostavke, to jest, striktno govoreći, ne smatraju se čak ni kao

    M. Faraday je ušao u znanost isključivo zahvaljujući svom talentu i marljivosti u samoobrazovanju. Potjecao je iz siromašne obitelji, radio je u knjigovežnici, gdje se upoznao s djelima znanstvenika i filozofa. Poznati engleski fizičar G. Davy (1778.-1829.), koji je pridonio ulasku M. Faradaya u znanstvenu zajednicu, rekao je da je njegovo najveće postignuće u znanosti njegovo “otkriće” M. Faradaya. M. Faraday izumio je elektromotor i električni generator, odnosno strojeve za proizvodnju električne energije. Došao je na ideju da elektricitet ima jednu fizikalnu prirodu, odnosno bez obzira kako je dobiven: kretanjem magneta ili prolaskom električki nabijenih čestica u vodiču. Kako bi se objasnila interakcija između električni naboji na daljinu M. Faraday je uveo pojam fizičkog polja. Fizičko polje on je predstavljao svojstvo samog prostora oko električki nabijenog tijela da ima fizički učinak na drugo nabijeno tijelo smješteno u ovom prostoru. Koristeći metalne čestice pokazao je mjesto i prisutnost sila koje djeluju u prostoru oko magneta (magnetske sile) i električki nabijenog tijela (električne). M. Faraday je svoje ideje o fizičkom polju iznio u pismu-oporuci, koje je otvoreno tek 1938. u nazočnosti članova Kraljevskog društva u Londonu. U ovom pismu je otkriveno da je M. Faraday posjedovao tehniku ​​za proučavanje svojstava polja i da se u njegovoj teoriji elektromagnetski valovi šire konačnom brzinom. Razlozi zašto je svoje ideje o fizičkom polju iznio u obliku oporučnog pisma možda su sljedeći. Predstavnici francuske škole fizike zahtijevali su od njega teorijski dokaz povezanosti električnih i magnetskih sila. Osim toga, pojam fizičkog polja, prema M. Faradayu, značio je da se širenje električnih i magnetskih sila događa kontinuirano od jedne točke polja do druge i, prema tome, te sile imaju karakter sila kratkog dometa, a ne dalekometni, kako je vjerovao C. Coulomb. M. Faraday ima još jednu plodnu ideju. Proučavajući svojstva elektrolita, otkrio je da električni naboj čestica koje tvore elektricitet nije frakcijski. Ova ideja je potvrđena



    određivanje naboja elektrona već u potkraj XIX V.

    D. Maxwellova teorija elektromagnetskih sila

    Poput I. Newtona, D. Maxwell je svim rezultatima istraživanja električnih i magnetskih sila dao teorijski oblik. To se dogodilo 70-ih godina XIX stoljeća. Svoju teoriju formulirao je na temelju zakona komunikacije međudjelovanja električnih i magnetskih sila, čiji se sadržaj može prikazati na sljedeći način:

    1. Svaka električna struja uzrokuje ili stvara magnetsko polje u prostoru koji je okružuje. Stalna električna struja stvara konstantno magnetsko polje. Ali konstantno magnetsko polje (fiksni magnet) ne može uopće stvoriti električno polje (ni konstantno ni izmjenično).

    2. Rezultirajuće izmjenično magnetsko polje stvara izmjenično električno polje, koje zauzvrat stvara izmjenično magnetsko polje,

    3. Silnice električnog polja su zatvorene na električnim nabojima.

    4. Linije magnetskog polja su zatvorene same u sebe i nikada ne završavaju, tj. magnetski naboji ne postoje u prirodi.

    U jednadžbama D. Maxwella bilo je nešto konstantno C, što je pokazalo da je brzina širenja Elektromagnetski valovi u fizičkom polju je konačna i podudara se s brzinom širenja svjetlosti u vakuumu, jednakom 300 tisuća km/s.

    Osnovni pojmovi i principi elektromagnetizma.

    Teoriju D. Maxwella neki su znanstvenici doživjeli s velikom sumnjom. Na primjer, G. Helmholtz (1821.-1894.) zastupao je gledište prema kojem je elektricitet "tekućina bez težine" koja se širi beskonačnom brzinom. Na njegov zahtjev G. Hertz (1857.-

    1894.) započeo je eksperiment dokazujući fluidnu prirodu elektriciteta.

    Do tada je O. Fresnel (1788-1827) pokazao da se svjetlost ne širi kao uzdužni, već kao poprečni valovi. Godine 1887. G. Hertz uspio je konstruirati eksperiment. Svjetlost u prostoru između električnih naboja širila se u transverzalnim valovima brzinom od 300 tisuća km/s. To mu je omogućilo da kaže kako njegov eksperiment uklanja sumnje o identitetu svjetlosti, toplinskog zračenja i valnog elektromagnetskog gibanja.

    Ovaj eksperiment postao je temelj za stvaranje elektromagnetske fizičke slike svijeta, čiji je jedan od pristaša bio G. Helmholtz. Smatrao je da sve fizičke sile koje dominiraju prirodom treba objasniti na temelju privlačnosti i odbijanja. Međutim, stvaranje elektromagnetske slike svijeta naišlo je na poteškoće.

    1. Glavni koncept Galileo-Newtonove mehanike bio je koncept materije,

    ima masu, ali ispada da materija može imati naboj.

    Naknada je fizičko vlasništvo tvari stvaraju oko sebe fizičko polje koje ima fizički učinak na druga nabijena tijela i tvari (privlačenje, odbijanje).

    2. Naboj i masa tvari mogu imati različite vrijednosti tj. oni su diskretne količine. Istodobno, pojam fizičkog polja pretpostavlja prijenos fizička interakcija kontinuirano od jedne točke do druge. To znači da su električne i magnetske sile sile kratkog dometa jer u fizičkom polju nema praznog prostora koji nije ispunjen elektromagnetskim valovima.

    3. U Galileo-Newtonovoj mehanici moguća je beskonačno velika brzina

    fizička interakcija, ovdje se također navodi da elektromagnet

    valovi se šire velikom ali konačnom brzinom.

    4. Zašto sila gravitacije i sila elektromagnetskog međudjelovanja djeluju neovisno jedna o drugoj? Kako se udaljavamo od Zemlje, gravitacija se smanjuje i slabi, a elektromagnetski signali djeluju svemirski brod na potpuno isti način kao na Zemlji. U 19. stoljeću jednako uvjerljiv primjer mogao bi se dati i bez svemirskog broda.

    5. Otvorenje 1902. god P. Lebedev (1866.-1912.) - profesor na Moskovskom sveučilištu - svjetlosni pritisak izoštrio je pitanje fizikalne prirode svjetlosti: je li to struja čestica ili samo elektromagnetski valovi određene duljine? Pritisak poput fizički fenomen, povezan je s pojmom supstancije, točnije s diskretnošću. Dakle, pritisak svjetlosti ukazuje na diskretnu prirodu svjetlosti kao toka čestica.

    6. Sličnost opadanja gravitacijske i elektromagnetske sile - prema zakonu

    "obrnuto proporcionalan kvadratu udaljenosti" - postavilo je opravdano pitanje: zašto kvadrat udaljenosti, a, na primjer, ne kocka? Neki znanstvenici počeli su govoriti o elektromagnetskom polju kao jednom od stanja “etera” koji ispunjava prostor između planeta i zvijezda.

    Sve te poteškoće nastale su zbog nedostatka znanja o strukturi atoma u to vrijeme, ali M. Faraday je bio u pravu kada je rekao da, ne znajući kako je atom strukturiran, možemo proučavati pojave u kojima je njegova fizička priroda izrazio. Doista, elektromagnetski valovi nose značajne informacije o procesima koji se odvijaju unutar atoma kemijski elementi i molekule materije. Daju podatke o dalekoj prošlosti i sadašnjosti Svemira: o temperaturi kozmičkih tijela, njihovoj kemijski sastav, udaljenost do njih itd.

    7. Trenutno se koristi sljedeća ljestvica elektromagnetskih valova:

    radio valovi s valnom duljinom od 104 do 10 -3 m;

    infracrveni valovi - od 10-3 do 810-7 m;

    vidljiva svjetlost - od 8 10-7 do 4 10-7 m;

    ultraljubičasti valovi - od 4 10-7 do 10-8 m;

    X-zrake valovi (zrake) - od 10-8 do 10-11 m;

    gama zračenje - od 10-11 do 10-13 m.

    8. Što se tiče praktične aspekte proučavanje električnih i magnetskih sila, provedeno je u 19. stoljeću. brzim tempom: prva telegrafska linija između gradova (1844), polaganje prvog transatlantskog kabela (1866), telefon (1876), žarulja sa žarnom niti (1879), radio prijamnik (1895).

    Minimalni udio elektromagnetske energije je foton. To je najmanja nedjeljiva količina elektromagnetskog zračenja.

    Senzacija na početku 21. stoljeća. je kreacija ruskih znanstvenika iz Troicka (Moskovska regija) polimera napravljenog od atoma ugljika, koji ima svojstva magneta. Općenito se vjerovalo da je za to odgovorna prisutnost metala u tvari magnetska svojstva. Ispitivanje metalnosti ovog polimera pokazalo je da u njemu nema prisutnosti metala.

    Materijal iz Wikipedije - slobodne enciklopedije

    Fizičko polje se stoga može okarakterizirati kao distribuirani dinamički sustav s beskonačnim brojem stupnjeva slobode.

    Ulogu varijable polja za fundamentalna polja često igra potencijal (skalar, vektor, tenzor), ponekad veličina koja se naziva jakost polja. (Za kvantizirana polja, u određenom smislu, odgovarajući operator također je generalizacija klasičnog koncepta varijable polja).

    Također polje u fizici nazivaju fizikalnu veličinu koja se smatra ovisno o mjestu: kao potpuni skup, općenito govoreći, različitih vrijednosti ove količine za sve točke nekog proširenog kontinuiranog tijela - kontinuiranog medija, koji u cijelosti opisuje stanje ili kretanje ovog produženog tijela. Primjeri takvih polja mogu biti:

    • temperatura (općenito govoreći različita u različitim točkama, kao iu različitim vremenima) u nekom mediju (npr. u kristalu, tekućini ili plinu) - (skalarno) temperaturno polje,
    • brzina svih elemenata određenog volumena tekućine je vektorsko polje brzina,
    • vektorsko polje pomaka i tenzorsko polje naprezanja pri deformaciji elastičnog tijela.

    Dinamiku takvih polja također opisuju parcijalne diferencijalne jednadžbe, a povijesno su takva polja prva počela razmatrati fizika, počevši od 18. stoljeća.

    Suvremeni koncept fizičkog polja izrastao je iz ideje o elektromagnetskom polju, koju je u fizički konkretnom i relativno bliskom modernom obliku prvi realizirao Faraday, matematički dosljedno implementirao Maxwell - u početku koristeći mehanički model hipotetskog kontinuiranog medija - eter, ali je tada otišao dalje od upotrebe mehaničkog modela.

    Fundamentalna polja

    Među područjima u fizici razlikuju se tzv. fundamentalna. To su polja koja, u skladu s terenskom paradigmom moderne fizike, čine osnovu fizičke slike svijeta, a sva ostala polja i interakcije proizlaze iz njih. Oni uključuju dvije glavne klase polja koja su u međusobnoj interakciji:

    • fundamentalna fermionska polja, prvenstveno predstavljaju fizikalnu osnovu za opis materije,
    • temeljna bozonska polja (uključujući gravitacijska, koja su tenzorska polja), koja su proširenje i razvoj koncepta Maxwellovih elektromagnetskih i Newtonovih gravitacijskih polja; Na njima je izgrađena teorija.

    Postoje teorije (primjerice, teorija struna, razne druge teorije objedinjavanja) u kojima ulogu temeljnih polja zauzimaju nešto drugačija, čak fundamentalnija sa stajališta tih teorija, polja ili objekti (a trenutna fundamentalna polja pojavljuju se ili bi se u tim teorijama trebao pojaviti u nekoj aproksimaciji kao "fenomenološka" posljedica). No, takve teorije još uvijek nisu dovoljno potvrđene niti općeprihvaćene.

    Priča

    Povijesno gledano, među temeljnim poljima prvo su otkrivena polja odgovorna za elektromagnetsku (električna i magnetska polja, zatim spojena u elektromagnetsko polje) i gravitacijsku interakciju (upravo kao fizička polja). Ta su polja otkrivena i dovoljno detaljno proučavana već u klasičnoj fizici. U početku su ta polja (u okviru Newtonove teorije gravitacije, elektrostatike i magnetostatike) većini fizičara izgledala više kao formalni matematički objekti uvedeni radi formalne pogodnosti, a ne kao potpuna fizička stvarnost, unatoč pokušajima dubljeg fizičkog razumijevanja , koji je ipak ostao dosta nedorečen ili nije dao previše značajnih plodova. No, počevši od Faradaya i Maxwella, pristup polju (u ovom slučaju elektromagnetskom polju) kao potpuno smislenoj fizičkoj stvarnosti počinje se sustavno i vrlo plodonosno primjenjivati, uključujući značajan iskorak u matematičkom oblikovanju ovih ideja.

    S druge strane, kako se kvantna mehanika razvijala, postajalo je sve jasnije da materija (čestice) ima svojstva koja su teoretski svojstvena upravo poljima.

    Trenutna država

    Tako se pokazalo da se fizička slika svijeta u svojoj osnovi može svesti na kvantizirana polja i njihovu interakciju.

    U određenoj mjeri, uglavnom u okviru formalizma integracije duž trajektorija i Feynmanovih dijagrama, dogodilo se i suprotno kretanje: polja se sada mogu značajno prikazati kao gotovo klasične čestice (točnije, kao superpozicija beskonačnog broja gotovo klasičnih čestica). krećući se po svim zamislivim putanjama), a međudjelovanje polja jedno s drugim je poput rađanja i apsorpcije jednih drugih od strane čestica (također sa superpozicijom svih zamislivih varijanti toga). I premda je ovaj pristup vrlo lijep, prikladan i omogućuje, na mnogo načina, psihološki povratak na ideju čestice koja ima dobro definiranu putanju, on ipak ne može poništiti pogled na stvari iz polja, pa čak nije ni potpuno simetrična alternativa njemu (i stoga još bliži lijepom, psihološki i praktično zgodnom, ali ipak samo formalnom uređaju, nego potpuno neovisnom konceptu). Ovdje postoje dvije ključne točke:

    1. postupak superpozicije ne može se "fizički" objasniti ni na koji način u smislu istinski klasičnih čestica; upravo dodano gotovo klasičnoj “korpuskularnoj” slici, a da nije njezin organski element; u isto vrijeme, s terenskog gledišta, ova superpozicija ima jasno i prirodno tumačenje;
    2. sama čestica, koja se kreće jednom zasebnom putanjom na putu integralni formalizam, iako vrlo sličan klasičnom, ipak nije potpuno klasičan: na uobičajeno klasično kretanje određenom putanjom s određenim momentom i koordinatom u svakom određenom trenutku, čak i za jednu jedinu putanju - morate dodati koncept faze (to jest, neko valno svojstvo), što je potpuno strano ovom pristupu u svom čistom obliku, i ovaj trenutak (iako je stvarno sveden na minimum i prilično je lako da samo ne razmišljam o tome) također nema nikakvo organsko unutarnje tumačenje; ali u okviru uobičajenog terenskog pristupa takva interpretacija opet postoji, i opet je organska.

    Dakle, možemo zaključiti da je pristup integracije po putanjama, iako vrlo psihološki prikladan (uostalom, recimo, točkasta čestica s tri stupnja slobode mnogo je jednostavnija od beskonačnodimenzionalnog polja koje je opisuje) i da ima dokazanu praktičnu produktivnost , ali ipak samo određeni preformulacija, iako prilično radikalan, terenski koncept, a ne njegova alternativa.

    I premda u riječima na ovom jeziku sve izgleda vrlo “korpuskularno” (na primjer: “interakcija nabijenih čestica objašnjava se izmjenom druge čestice - nositelja interakcije” ili “međusobno odbijanje dvaju elektrona nastaje zbog razmjene”). virtualnog fotona između njih"), međutim, iza toga postoji takva tipična stvarnost polja, poput širenja valova, iako prilično dobro skrivena u svrhu stvaranja učinkovite računske sheme, i na mnogo načina pruža dodatne mogućnosti za kvalitativno razumijevanje .

    Popis temeljnih polja

    Fundamentalna bozonska polja (polja koja nose temeljne interakcije)

    Ova polja unutar standardnog modela su mjerna polja. Poznate su sljedeće vrste:

    • Elektroslab
      • Elektromagnetsko polje (vidi također foton)
      • Polje je nositelj slabe interakcije (vidi također W- i Z-bozone)
    • Gluonsko polje (vidi također Gluon)

    Hipotetička polja

    U širem smislu, hipotetičkim se mogu smatrati svi teorijski objekti (na primjer, polja) koji su opisani teorijama koje ne sadrže unutarnje proturječnosti, koje nisu jasno proturječne opažanjima, a koje su u isto vrijeme sposobne proizvesti vidljive posljedice koje dopustiti da se napravi izbor u korist ovih teorija u odnosu na one koje su sada prihvaćene. U nastavku ćemo govoriti (a to uglavnom odgovara uobičajenom shvaćanju pojma) uglavnom o hipotetičnosti u ovom užem i strožem smislu, podrazumijevajući valjanost i krivotvorenost pretpostavke koju nazivamo hipotezom.

    U teorijskoj fizici razmatraju se mnoga različita hipotetička polja, od kojih svako pripada vrlo specifičnoj teoriji (po svojoj vrsti i matematičkim svojstvima ta polja mogu biti potpuno ili gotovo ista kao poznata nehipotetička polja, a mogu biti više ili manje vrlo različiti; u oba slučaja njihova hipotetička priroda znači da još nisu promatrana u stvarnosti, nisu eksperimentalno otkrivena; u odnosu na neka hipotetička polja može se postaviti pitanje mogu li se promatrati u načelu, i čak i mogu li uopće postojati – primjerice, ako se teorija u kojoj su prisutni iznenada pokaže unutarnje proturječnom).

    Pitanje što smatrati kriterijem koji omogućuje prijenos određenog specifičnog područja iz kategorije hipotetskog u kategoriju stvarnog prilično je suptilno, budući da je potvrda pojedine teorije i realnosti određenih predmeta sadržanih u njoj često više ili manje posredno. U tom se slučaju stvar obično svodi na nekakav razuman dogovor znanstvene zajednice (čiji su članovi više-manje potpuno svjesni o kakvom je stupnju potvrde zapravo riječ).

    Čak iu teorijama za koje se smatra da su prilično dobro potvrđene, postoji mjesto za hipotetička područja (ovdje govorimo o činjenici da su različiti dijelovi teorije ispitani s različitim stupnjevima temeljitosti, a neka polja koja igraju važnu ulogu u njima se u načelu još nisu sasvim jasno očitovale u eksperimentu, odnosno za sada izgledaju upravo kao hipoteza izmišljena u određene teorijske svrhe, dok su ostala polja koja se pojavljuju u istoj teoriji već dovoljno dobro proučena da se o njima može govoriti kao o stvarnosti ).

    Primjer takvog hipotetskog polja je Higgsovo polje, koje je važno u Standardnom modelu, čija preostala polja nipošto nisu hipotetska, a za sam model se, iako s neizbježnim rezervama, smatra da opisuje stvarnost (barem u kojoj je mjeri stvarnost poznata).

    Postoje mnoge teorije koje sadrže polja koja (još) nikada nisu promatrana, a ponekad same te teorije daju takve procjene da se njihova hipotetska polja očito (zbog slabosti njihove manifestacije koja slijedi iz same teorije) u načelu ne mogu detektirati u dogledno vrijeme. budućnost (na primjer, torzijsko polje). Smatra se da takve teorije (ako ne sadrže, uz praktički neprovjerljive, dovoljan broj lakše provjerljivih posljedica) nisu od praktičnog interesa, osim ako se ne pojavi neki netrivijalan novi način njihovog testiranja, koji omogućuje zaobići očita ograničenja. Ponekad (kao, na primjer, u mnogim alternativnim teorijama gravitacije - na primjer, Dickeovo polje) uvode se takva hipotetska polja o čijoj snazi ​​sama teorija ne može reći baš ništa (na primjer, konstanta sprega ovog polja s druge su nepoznate i mogu biti prilično velike, i male po želji); Također se obično ne žuri s testiranjem takvih teorija (budući da postoji mnogo takvih teorija, a svaka od njih ni na koji način nije dokazala svoju korisnost, a nije čak ni formalno krivotvoriva), osim u slučajevima kada jedna od njih ne počinje izgledaju obećavajuće iz nekog razloga. rješavanje nekih trenutnih poteškoća (međutim, izdvajanje teorija na temelju nepotvorljivosti - posebno zbog nesigurnih konstanti - ponekad se ovdje napušta, budući da se ozbiljna dobra teorija ponekad može testirati u nadi da će njezina učinak će biti otkriven, iako za to nema jamstava; ovo je osobito istinito kada uopće postoji malo teorija kandidata ili neke od njih izgledaju posebno fundamentalno zanimljive; također u slučajevima kada je moguće testirati teorije široke klase svih odjednom prema poznatim parametrima, bez posebnog truda u testiranju svakog pojedinačno).

    Također treba napomenuti da je uobičajeno nazivati ​​hipotetskim samo ona polja koja uopće nemaju vidljive manifestacije (ili ih imaju nedovoljno, kao u slučaju Higgsovog polja). Ako je postojanje fizičkog polja čvrsto utvrđeno njegovim vidljivim manifestacijama, a govorimo samo o poboljšanju njegovog teorijskog opisa (na primjer, o zamjeni Newtonovog gravitacijskog polja poljem metričkog tenzora u općoj teoriji relativnosti), onda je ono obično se ne prihvaća govoriti o jednom ili drugom kao hipotetskom (iako se za ranu situaciju u općoj teoriji relativnosti moglo govoriti o hipotetskoj prirodi tenzorske prirode gravitacijskog polja).

    Zaključno, spomenimo takva polja, čija je vrsta prilično neobična, tj. teoretski sasvim zamislivo, ali u praksi nikada nisu uočena polja slične vrste (i u nekim slučajevima, u ranim fazama razvoja njihove teorije, mogle su se pojaviti sumnje u njezinu dosljednost). Tu prije svega spadaju tahionska polja. Zapravo, tahionska polja se radije mogu nazvati samo potencijalno hipotetskim (to jest, ne dosežu status obrazovana pretpostavka), jer poznate specifične teorije u kojima igraju više ili manje značajnu ulogu, kao što je teorija struna, same nisu dosegle status dovoljno potvrđene.

    Čak i egzotičnija (na primjer, Lorentz-neinvarijantna - koja krše načelo relativnosti) polja (unatoč tome što su apstraktno teorijski sasvim zamisliva) u modernoj fizici mogu se klasificirati kao ona koja stoje prilično daleko izvan okvira razumne pretpostavke, to jest, striktno govoreći, ne smatraju se niti hipotetskim.

    vidi također

    Napišite recenziju o članku "Polje (fizika)"

    Bilješke

    1. Skalarna, vektorska, tenzorska ili spinorska priroda; u svakom slučaju, ta se veličina, u pravilu, može svesti na prikaz brojem ili nekim skupom brojeva (koji, općenito govoreći, poprimaju različite vrijednosti na različitim točkama u prostoru).
    2. Ovisno o matematičkom obliku ove veličine razlikuju se skalarna, vektorska, tenzorska i spinorska polja.
    3. Polje je definirano u cijelom prostoru ako je temeljno polje. Polja kao što su polje brzine strujanja fluida ili polje deformacije kristala definirana su preko područja prostora ispunjenog odgovarajućim medijem.
    4. U suvremenom prikazu to obično izgleda kao polje o (u)prostor-vremenu, pa se ovisnost varijable polja o vremenu razmatra gotovo jednako kao i ovisnost o prostornim koordinatama.
    5. Unatoč prisutnosti alternativnih koncepata ili reinterpretacija više ili manje udaljenih od svoje standardne inačice, koje, međutim, još ne mogu steći odlučujuću prednost nad njom pa čak ni izjednačiti se s njom (a da se, u pravilu, ne ide dalje od prilično marginalnih pojava rezanja). rubu teorijske fizike), niti se, u pravilu, previše udaljavati od njega, ostavljajući mu općenito još uvijek (za sada) središnje mjesto.
    6. Za razliku od dolje spomenute klase fizikalnih polja iz fizike kontinuuma, koja sama po sebi imaju prilično jasnu prirodu i spominju se kasnije u članku.
    7. Iz raznih povijesnih razloga, od kojih je ne najmanje važno da je koncept etera psihološki implicirao prilično specifičnu implementaciju koja je mogla dati eksperimentalno provjerljive posljedice, ali u stvarnosti, fizički vidljive netrivijalne posljedice nekih od ovih modela nisu otkrivene, dok posljedice drugih izravno su proturječile eksperimentu, stoga je koncept fizički stvarnog etera postupno prepoznat kao nepotreban, a zajedno s tim i sam pojam je izašao iz upotrebe u fizici. Ne najmanju ulogu u tome odigrao je sljedeći razlog: u vrijeme vrhunca rasprava o primjenjivosti koncepta etera na opis elektromagnetskog polja, “materija”, “čestice” smatrane su objektima temeljne različite prirode, stoga se njihovo kretanje kroz prostor ispunjen eterom činilo nezamislivim ili zamislivim uz ogromne poteškoće; Kasnije je ovaj razlog u biti prestao postojati zbog činjenice da su se materija i čestice počele opisivati ​​kao terenski objekti, ali do tog vremena riječ eter bio već gotovo zaboravljen kao relevantan koncept u teorijskoj fizici.
    8. Iako je u nekim djelima modernih teoretičara upotreba koncepta etera ponekad dublja - vidi Polyakov A.M. "Mjerna polja i nizovi".
    9. Stanje i gibanje mogu se odnositi na makroskopski položaj i mehaničko kretanje elementarni volumeni tijela, a to mogu biti i ovisnosti o prostornim koordinatama i vremenskim promjenama veličina kao što su električna struja, temperatura, koncentracija pojedine tvari i sl.
    10. Materija je, naravno, bila poznata i ranije, ali dugo vremena uopće nije bilo očito da pojam polja može biti relevantan za opis materije (koja se opisivala prvenstveno “korpuskularno”). Dakle, sam pojam fizičkog polja i odgovarajući matematički aparat povijesno su se razvili najprije u odnosu na elektromagnetsko polje i gravitaciju.
    11. Osim u slučajevima kada su čak i najneodređenija razmatranja dovela do ozbiljnih otkrića, jer su poslužila kao poticaj za eksperimentalno istraživanje, što je dovelo do temeljnih otkrića, kao što je Oerstedovo otkriće stvaranja magnetskog polja pomoću električne struje.
    12. Peter Galison. Einsteinovi satovi, Poincaréove karte: carstva vremena. - 2004. - Str. 389. - ISBN 9780393326048.
      Vidi Poincaréov članak “Dinamika elektrona”, odjeljak VIII (A. Poincaré. Izabrana djela, sv. 3. M., Nauka, 1974), izvješće M. Plancka (M. Planck. Izabrana djela. M., Nauka, 1975 .) i članak Einsteina i Laubea “O pondemotornim silama”, § 3 “Jednakost akcije i reakcije” (A. Einstein. Zbirka znanstveni radovi, svezak 1. M., Nauka, 1965.) (sve za 1908.).
    13. Neka svojstva jednadžbi polja razjašnjena su na temelju prilično općih načela, kao što su Lorentzova invarijantnost i načelo uzročnosti. Dakle, načelo kauzaliteta i načelo konačnosti brzine širenja međudjelovanja zahtijevaju da diferencijalne jednadžbe koje opisuju temeljna polja pripadaju hiperboličkom tipu.
    14. Ove tvrdnje vrijede za temeljna polja tahionskog tipa. Makroskopski sustavi koji pokazuju svojstva tahionskih polja nisu neobični; isto se može pretpostaviti i za pojedine vrste ekscitacija u kristalima itd. (u oba slučaja mjesto brzine svjetlosti zauzima neka druga veličina).
    15. Ovo je opis stanja koje trenutno postoji. Naravno, oni ne misle na temeljnu nemogućnost pojave sasvim dovoljno motiviranih teorija koje uključuju ovakva egzotična područja u budućnosti (međutim, takvu mogućnost teško da treba smatrati previše vjerojatnom).

    Književnost

    • Landau, L. D., Lifshits, E. M. Teorija polja. - 8. izdanje, stereotipno. - M.: Fizmatlit, 2001. - 534 str. - (“Teorijska fizika”, Svezak II). - ISBN 5-9221-0056-4.
    • Pavlov V.P.// Fizička enciklopedija / D. M. Aleksejev, A. M. Baldin, A. M. Bonch-Bruevich, A. S. Borovik-Romanov, B. K. Vainshtein, S. V. Vonsovski, A. V. Gaponov-Grekhov, S. S. Gershtein, I. I. Gurevich, A. A. Gusev, M. A. Elyashevich, M. E. Zhabotin nebo, D. N. Zubarev, B. B. Kadomcev, I. S. Šapiro, D. V. Širkov; pod općim izd. A. M. Prohorova. - M.: Sovjetska enciklopedija, 1994. - T. 4. - 704 str. - 40.000 primjeraka.

    Odlomak koji karakterizira Polje (fizika)

    "Draga slavljenica s djecom", rekla je svojim glasnim, debelim glasom, potiskujući sve druge zvukove. - Što, stari grešniče - okrenula se grofu koji joj je ljubio ruku - čaj, je li ti dosadno u Moskvi? Ima li gdje istrčati pse? Što da radimo, oče, ovako će ove ptice rasti...” Pokazala je na djevojčice. - Htjeli ne htjeli, udvarače si morate tražiti.
    - Pa što, kozače moj? (Marja Dmitrijevna je Natašu zvala kozakom) - reče ona, milujući rukom Natašu, koja joj bez straha i veselo priđe ruci. – Znam da je napitak djevojka, ali ja je volim.
    Izvukla je kruškolike yakhon naušnice iz svoje ogromne mreže i, dajući ih Natashi, koja je blistala i rumena za svoj rođendan, odmah se okrenula od nje i okrenula prema Pierreu.
    - Eh, eh! ljubazan! "Dođi ovamo", rekla je hinjeno tihim i tankim glasom. - Hajde, draga moja...
    I još je više prijeteći zasukala rukave.
    Pierre je prišao, naivno je gledajući kroz naočale.
    - Dođi, dođi, draga moja! Ja sam jedini rekao tvome ocu istinu kad je imao priliku, ali Bog ti to zapovijeda.
    Zastala je. Svi su šutjeli, čekali što će se dogoditi i osjećali da postoji samo predgovor.
    - Dobro, nema se što reći! bravo!... Otac leži na krevetu i zabavlja se stavljajući policajca na medvjeda. Šteta, oče, šteta! Bilo bi bolje ići u rat.
    Okrenula se i pružila ruku grofu, koji se jedva suzdržao od smijeha.
    - Pa dođi do stola, imam čaj, je li vrijeme? - rekla je Marija Dmitrijevna.
    Grof je išao naprijed s Marjom Dmitrijevnom; zatim grofica, koju je vodio husarski pukovnik, prava osoba, s kojim je Nikolaj trebao sustići puk. Anna Mikhailovna - sa Shinshin. Berg se rukovao s Verom. Nasmijana Julie Karagina otišla je s Nikolajem do stola. Iza njih dolazili su drugi parovi, koji su se protezali preko cijele dvorane, a iza njih, jedan po jedan, djeca, učitelji i guvernante. Konobari su se počeli meškoljiti, stolice su zveckale, glazba je zasvirala u zboru, a gosti su zauzeli svoja mjesta. Zvukove grofovske domaće glazbe zamijenili su zvuci noževa i vilica, čavrljanje gostiju i tihi koraci konobara.
    Na jednom kraju stola grofica je sjedila na čelu. S desne strane Marija Dmitrijevna, s lijeve Ana Mihajlovna i drugi gosti. Na drugom kraju sjedio je grof, s lijeve husarski pukovnik, s desne Shinshin i drugi muški gosti. S jedne strane dugog stola stariji mladi ljudi: Vera pokraj Berga, Pierre pokraj Borisa; s druge strane - djeca, učitelji i guvernante. Grof je iza kristala, boca i vaza s voćem gledao svoju ženu i njenu visoku kapu s plavim vrpcama i marljivo točio vino susjedima, ne zaboravljajući ni sebe. Grofica je također iza ananasa, ne zaboravljajući svoje dužnosti domaćice, bacila značajne poglede na svog muža, čija su se ćelava glava i lice, činilo joj se, u svom crvenilu oštrije odudarali od njegove sijede kose. Čulo se postojano žamoranje na strani žena; u muškom zahodu čuli su se glasovi sve jače i jače, osobito husarskog pukovnika, koji je toliko jeo i pio, sve više rumeneći, da ga je grof već stavljao za primjer ostalim gostima. Berg je s blagim osmijehom rekao Veri da ljubav nije zemaljski, već nebeski osjećaj. Boris je imenovao svog novog prijatelja Pierrea gostima za stolom i razmijenio pogled s Natashom, koja je sjedila nasuprot njemu. Pierre je malo govorio, gledao nova lica i puno jeo. Počevši od dvije juhe, od kojih je izabrao a la tortue, [kornjaču,] i kulebyaki pa do tetrijeba, nije propustio nijedno jelo i nijedno vino, koje je batler misteriozno stršao u boci umotanoj u ubrus. susjedu iza ramena govoreći ili “drey madeira”, ili “mađar”, ili “rajnsko vino”. Stavio je prvu od četiri kristalne čaše s grofovskim monogramom koje su stajale ispred svake sprave, i s užitkom pio, gledajući goste sve ugodnijim izrazom lica. Nataša, koja je sjedila nasuprot njemu, gledala je Borisa onako kako trinaestogodišnjakinje gledaju dečka s kojim su se upravo prvi put poljubile i u kojeg su zaljubljene. Taj isti njezin pogled katkad bi se okretao prema Pierreu, a pod pogledom te smiješne, živahne djevojke i on se htio nasmijati, ne znajući zašto.
    Nikolaj je sjedio daleko od Sonje, pokraj Julie Karagina, i opet joj se s istim nehotičnim smiješkom obratio. Sonya se veličanstveno nasmiješila, ali očito ju je mučila ljubomora: problijedila je, a zatim pocrvenjela i iz sve snage slušala što Nikolaj i Julie govore jedno drugom. Guvernanta je nemirno gledala oko sebe, kao da se sprema uzvratiti ako netko odluči uvrijediti djecu. Učitelj njemačkog pokušao je zapamtiti sve vrste jela, slastica i vina kako bi sve potanko opisao u pismu svojoj obitelji u Njemačkoj, a silno ga je uvrijedilo što je batler s bocom umotanom u ubrus nosio njega okolo. Nijemac se namrštio, pokušao pokazati da ne želi primiti ovo vino, ali se uvrijedio jer nitko nije htio shvatiti da mu vino treba ne da bi utažio žeđ, ne iz pohlepe, nego iz savjesne znatiželje.

    Na muškom dijelu stola razgovor je postajao sve življi. Pukovnik je rekao da je manifest o objavi rata već objavljen u Sankt Peterburgu i da je kopija koju je on osobno vidio sada isporučena kurirom vrhovnom zapovjedniku.
    - A zašto nam je teško boriti se s Bonapartom? - rekao je Shinshin. – II a deja rabattu le caquet a l "Autriche. Je crins, que cette fois ce ne soit notre tour. [On je već srušio aroganciju Austrije. Bojim se da sada ne bismo došli na red.]
    Pukovnik je bio zdepast, visok i sangviničan Nijemac, očito sluga i domoljub. Bio je uvrijeđen Shinshinovim riječima.
    “I onda, mi smo dobar suveren”, rekao je, izgovarajući e umjesto e i ʺ umjesto ʹ. "Onda da car to zna. Rekao je u svom manifestu da može ravnodušno gledati na opasnosti koje prijete Rusiji, te da je sigurnost carstva, njegovo dostojanstvo i svetost njegovih saveza", rekao je, iz nekog razloga posebno ističući riječ "sindikati", kao da je to cijela bit stvari.
    I sa svojom karakterističnom nepogrešivom, službenom memorijom, ponovio je uvodne riječi manifest... “i želja, jedini i neizostavni cilj suverena: uspostaviti mir u Europi na čvrstim temeljima – odlučili su sada poslati dio vojske u inozemstvo i uložiti nove napore da ostvare “tu namjeru”.
    “Zato, mi smo dobar suveren”, zaključio je, poučno ispijajući čašu vina i osvrćući se na grofa tražeći ohrabrenje.
    – Connaissez vous le proverbe: [Znate poslovicu:] “Erema, Erema, trebao bi sjediti kod kuće, oštriti svoja vretena,” rekao je Shinshin, trznuvši se i smiješeći se. – Cela nous convient a merveille. [Ovo nam dobro dođe.] Zašto Suvorov - isjekli su ga, plate couture, [na glavu,] i gdje su sad naši Suvorovci? Je vous demande un peu, [pitam te,] - stalno skakanje s ruskog na francuski, On je rekao.
    "Moramo se boriti do posljednje kapi krvi", rekao je pukovnik, udarajući o stol, "i umrijeti za našeg cara, a onda će sve biti u redu." I svađati se što je više moguće (posebno je otezao glas na riječ “moguće”), što manje”, završio je, opet se okrenuvši grofu. "Tako mi sudimo o starim husarima, to je sve." Kako sudite, mladiću i mladi husaru? - dodao je okrećući se Nikolaju, koji je, čuvši da je riječ o ratu, ostavio sugovornika i svim očima gledao i svim ušima slušao pukovnika.
    „Potpuno se slažem s tobom“, odgovori Nikolaj, sav zajapuren, vrteći tanjur i ređajući čaše s tako odlučnim i očajničkim pogledom, kao da se u trenutku izložio velikoj opasnosti, „uvjeren sam da Rusi moraju umrijeti. ili pobijediti," rekao je. osjećajući na isti način kao i drugi, nakon što je riječ već bila izgovorena, da je to previše entuzijastično i pompozno za sadašnju priliku i stoga neugodno.
    “C"est bien beau ce que vous venez de dire, [Divno! Ono što si rekao je divno]," rekla je Julie, koja je sjedila do njega, uzdišući. Sonya je zadrhtala cijelim tijelom i pocrvenjela do ušiju, iza ušiju i do vrata i ramena, u Dok je Nikolaj govorio, Pierre je slušao pukovnikove govore i kimao glavom s odobravanjem.
    "To je lijepo", rekao je.
    "Pravi husar, mladiću", viknuo je pukovnik i opet udario po stolu.
    -Što galamiš tamo? – začu se odjednom preko stola basni glas Marije Dmitrijevne. - Zašto kuckaš po stolu? - obrati se ona husaru, - zbog koga se uzbuđuješ? zar ne, misliš da su Francuzi ispred tebe?
    "Istinu govorim", reče husar smiješeći se.
    "Sve o ratu", viknuo je grof preko stola. - Uostalom, moj sin dolazi, Marija Dmitrijevna, moj sin dolazi.
    - I ja imam četiri sina u vojsci, ali se ne zamaram. Sve je po volji Božjoj: umrijet ćeš ležeći na peći, a u boju će se Bog smilovati - začuo se bez ikakva napora s drugog kraja stola gust glas Marije Dmitrijevne.
    - To je istina.
    I razgovor se opet fokusirao - dame na svom kraju stola, muškarci na njegovom.
    "Ali nećeš pitati", rekao je mali brat Nataši, "ali nećeš pitati!"
    "Pitat ću", odgovorila je Natasha.
    Lice joj odjednom pocrveni, izražavajući očajnu i vedru odlučnost. Ustala je, pozvavši Pierrea, koji je sjedio nasuprot njoj, da sluša, i obratila se majci:
    - Majko! – začuo se preko stola njezin dječji, prsni glas.
    - Što želiš? – uplašeno je upitala grofica, ali je, vidjevši po licu svoje kćeri da se radi o šali, strogo odmahnula rukom, prijeteći i negativno pokazavši glavom.
    Razgovor je zamro.
    - Majko! kakva će torta biti? – Natašin glas je zvučao još odlučnije, bez sloma.
    Grofica se htjela namrštiti, ali nije mogla. Marija Dmitrijevna odmahne debelim prstom.
    "Kozak", rekla je prijeteći.
    Većina gostiju gledala je u starije, ne znajući kako prihvatiti ovaj trik.
    - Ovdje sam! - rekla je grofica.
    - Majko! kakva će torta biti? - vikala je Natasha sada već drsko i hirovito veselo, unaprijed uvjerena da će njezina podvala biti dobro primljena.
    Sonya i debela Petya skrivale su se od smijeha.
    "Zato sam i pitala", šapnula je Natasha svom malom bratu i Pierreu, koje je ponovno pogledala.
    "Sladoled, ali oni vam ga neće dati", rekla je Marija Dmitrijevna.
    Nataša je vidjela da se nema čega bojati, pa se nije bojala Marije Dmitrijevne.
    - Marija Dmitrijevna? kakav sladoled! Ne volim vrhnje.
    - Mrkva.
    - Ne, koji? Marija Dmitrijevna, koja? – gotovo je vrisnula. - Želim znati!
    Marija Dmitrijevna i grofica su se nasmijale, a svi su gosti pošli za njima. Svi se nisu smijali odgovoru Marije Dmitrijevne, nego neshvatljivoj hrabrosti i spretnosti te djevojke, koja je znala i smjela tako postupati s Marjom Dmitrijevnom.
    Nataša je zaostala tek kada joj je rečeno da će biti ananasa. Prije sladoleda poslužen je šampanjac. Glazba je opet zasvirala, grof je poljubio groficu, a gosti su ustali i čestitali grofici, zveckajući čašama po stolu s grofom, djecom i jedni s drugima. Opet su dotrčali konobari, stolice su zveckale, a istim redom, ali crvenijih lica, gosti su se vratili u salon i grofov ured.

    Bostonski su stolovi razmaknuti, zabave su raspoređene, a grofovi su se gosti smjestili u dvije dnevne sobe, sobu s kaučem i knjižnicu.
    Grof je, raširivši svoje karte, jedva odolio navici popodnevnog drijemeža i svemu se smijao. Mladež se, nahuškana od grofice, okupila oko klavikorda i harfe. Julie je prva, na zahtjev svih, odsvirala komad s varijacijama na harfi i zajedno s ostalim djevojkama počela moliti Natashu i Nikolaja, poznate po svojoj muzikalnosti, da nešto otpjevaju. Natasha, koju su oslovljavali s velikom djevojkom, očito je bila jako ponosna na to, ali je istovremeno bila i plaha.
    - Što ćemo pjevati? - pitala je.
    "Ključ", odgovori Nikolaj.
    - Pa, požurimo. Borise, dođi ovamo”, rekla je Natasha. - Gdje je Sonya?
    Osvrnula se oko sebe i, vidjevši da prijateljice nema u sobi, potrčala za njom.
    Utrčavši u Sonyinu sobu i ne pronašavši tamo svoju prijateljicu, Natasha je utrčala u dječju sobu - a Sonya nije bila tamo. Natasha je shvatila da je Sonya u hodniku na škrinji. Škrinja u hodniku bila je mjesto tuge mlađe ženske generacije kuće Rostovih. Doista, Sonya u svojoj prozračnoj ružičastoj haljini, zgnječivši je, ležala je licem prema dolje na dadiljin prljavi prugasti pernati krevet, na prsima i, prekrivši lice prstima, gorko plakala, tresući golim ramenima. Natashino lice, živahno, s rođendanom cijeli dan, odjednom se promijenilo: oči su joj zastale, zatim joj je široki vrat zadrhtao, uglovi usana su joj se spustili.
    - Sonya! što si ti?... Što, što je s tobom? Vau vau!…
    A Natasha, otvorivši svoja velika usta i potpuno glupa, počela je urlati kao dijete, ne znajući zašto i samo zato što je Sonya plakala. Sonya je htjela podići glavu, htjela je odgovoriti, ali nije mogla i još se više skrivala. Natasha je plakala, sjedajući na plavi pernati krevet i grleći svoju prijateljicu. Skupivši snagu, Sonya je ustala, počela brisati suze i pričati priču.
    - Nikolenka odlazi za tjedan dana, njegov... papir... je izašao... sam mi je rekao... Da, ipak ne bih plakala... (pokazala je papirić koji je držala u njezina ruka: to je bila poezija koju je napisao Nikolaj) Ja ipak ne bih plakao, ali ti nisi mogao... nitko ne može razumjeti... kakvu on dušu ima.
    I opet je počela plakati jer je njegova duša bila tako dobra.
    “Dobro ti je... ne zavidim ti... volim te, a i Borisa”, rekla je skupivši malo snage, “sladak je... za tebe nema prepreka”. A Nikolaj je moj rođak... meni treba... sam mitropolit... a to je nemoguće. A onda, ako mama... (Sonja je pogledala groficu i pozvala majku), reći će da uništavam Nikolajevu karijeru, nemam srca, da sam nezahvalna, ali stvarno... zaboga... (prekrižila se) I ja nju jako volim, i sve vas, samo Veru... Zbog čega? Što sam joj učinio? Toliko sam ti zahvalan da bih rado sve žrtvovao, ali nemam ništa...
    Sonya više nije mogla govoriti i ponovno je sakrila glavu u ruke i pernati krevet. Nataša se počela smirivati, ali na licu joj se vidjelo da shvaća važnost tuge svoje prijateljice.
    - Sonya! - rekla je iznenada, kao da je pogodila pravi razlog tuge svoje rođakinje. – Tako je, Vera je razgovarala s tobom nakon ručka? Da?
    – Da, Nikolaj je sam napisao ove pjesme, a ja sam prepisao druge; Našla ih je na mom stolu i rekla da će ih pokazati mami, a rekla je i da sam nezahvalan, da mu mama nikada neće dopustiti da me oženi, a on će oženiti Julie. Vidiš kako je s njom cijeli dan... Nataša! Za što?…
    I opet je plakala gorče nego prije. Nataša ju je podigla, zagrlila i, smiješeći se kroz suze, počela je smirivati.
    - Sonya, ne vjeruj joj, draga, ne vjeruj joj. Sjećaš li se kako smo sve tri razgovarale s Nikolenkom u sobi na sofi; sjećaš se nakon večere? Uostalom, sve smo odlučili kako će biti. Ne sjećam se kako, ali ti se sjećaš kako je sve bilo dobro i sve je bilo moguće. Brat ujaka Shinshin oženjen je rođakinjom, a mi smo rođaci u drugom koljenu. A Boris je rekao da je to vrlo moguće. Znaš, sve sam mu rekla. A on je tako pametan i tako dobar", rekla je Natasha... "Ti, Sonya, ne plači, draga moja, Sonya." - I ona ju je smijući se poljubila. - Vjera je zla, Bog je blagoslovio! Ali sve će biti u redu, a ona neće reći mami; Nikolenka će to sam reći, a na Julie nije ni pomislio.
    I poljubila ju je u glavu. Sonya je ustala, a mačić je živnuo, oči su mu zaiskrile i činilo se da je spreman mahnuti repom, skočiti na svoje meke šape i ponovno se igrati s loptom, kako mu i priliči.
    - Misliš? Pravo? Od Boga? – rekla je brzo popravljajući haljinu i kosu.
    - Stvarno, bogami! – odgovorila je Natasha, popravljajući zalutali pramen grube kose ispod prijateljičine pletenice.
    I oboje su se nasmijali.
    - Pa, idemo pjevati "Ključ".
    - Idemo.
    “Znaš, ovaj debeli Pierre koji je sjedio nasuprot mene je tako smiješan!” – iznenada će Nataša zastavši. - Jako se zabavljam!
    I Natasha je otrčala niz hodnik.
    Sonya, otresajući paperje i skrivajući pjesme u njedrima, do vrata s izbočenim prsnim kostima, laganim, veselim koracima, zajapurenog lica, trčala je za Natashom hodnikom do sofe. Na zahtjev gostiju mladi su otpjevali kvartet “Ključ” koji se svima jako svidio; zatim je Nikolaj ponovno zapjevao pjesmu koju je naučio.
    U ugodnoj noći, na mjesečini,
    Zamislite sebe sretnog
    Da još postoji neko na svijetu,
    Tko misli i na tebe!
    Dok je ona, svojom lijepom rukom,
    Hodajući uz zlatnu harfu,
    Svojom strastvenom harmonijom
    Zove sebi, zove vas!
    Još dan-dva i doći će raj...
    ali ah! tvoj prijatelj neće živjeti!
    I još nije otpjevao posljednje riječi, kad su se mladi u dvorani spremali za ples, a svirači u zboru počeli su lupati nogama i kašljati.

    Pierre je sjedio u dnevnoj sobi, gdje je Shinshin, kao s posjetiteljem iz inozemstva, s njim započeo politički razgovor koji je Pierreu bio dosadan, čemu su se pridružili i drugi. Kad je glazba zasvirala, Natasha je ušla u dnevnu sobu i, prišavši ravno Pierreu, smijući se i rumeneći rekla:
    - Mama mi je rekla da te pozovem na ples.
    “Bojim se da ne pobrkam brojke,” rekao je Pierre, “ali ako želiš biti moj učitelj...”
    I pruži svoju debelu ruku, spustivši je nisko, mršavoj djevojci.
    Dok su se parovi smjestili, a glazbenici redali, Pierre je sjeo sa svojom malom damom. Natasha je bila potpuno sretna; plesala je s velikim, s nekim tko je došao iz inozemstva. Sjedila je ispred svih i razgovarala s njim kao s velikom djevojkom. U ruci je imala lepezu koju joj je jedna mlada dama dala da drži. I zauzevši najsvjetovniju pozu (bog zna gdje i kada je to naučila), ona se, mašući se i smješkajući se kroz lepezu, obrati svome gospodinu.
    - Što je, što je? Gle, gle - rekla je stara grofica prolazeći kroz hodnik i pokazujući Natašu.
    Natasha je pocrvenjela i nasmijala se.
    - Pa, što je s tobom, mama? Pa, kakvu lovu tražite? Što je tu iznenađujuće?

    Usred trećeg eko-seansa, stolice u dnevnoj sobi, gdje su se igrali grof i Marija Dmitrijevna, počele su se micati, a većina počasnih gostiju i staraca, nakon dugog sjedenja protezala se i spremala novčanike i torbice. u džepovima, izašli na vrata dvorane. Marija Dmitrijevna išla je naprijed s grofom - oboje veselih lica. Grof je s razigranom uljudnošću, poput baleta, pružio svoju okruglu ruku Mariji Dmitrijevnoj. Uspravio se, a lice mu se ozarilo osobito hrabrim, lukavim osmijehom, i čim je otplesana posljednja figura ecosaisea, pljesnuo je rukama sviračima i viknuo zboru, obraćajući se prvoj violini:
    - Semjone! Da li poznajete Danila Kupora?
    Ovo je bio grofov omiljeni ples koji je plesao u mladosti. (Danilo Kupor je zapravo bio jedan od Anglova.)
    “Vidi tatu”, viknula je Natasha cijeloj dvorani (potpuno zaboravivši da pleše s velikim), sagnula svoju kovrčavu glavu na koljena i prasnula u svoj zvonki smijeh cijelom dvoranom.
    Doista, svi su u dvorani s radosnim smiješkom gledali u vedrog starca, koji je pored svoje dostojanstvene gospođe Marije Dmitrijevne, koja je bila viša od njega, zaokružio ruke, tresući ih u taktu, ispravio ramena, uvijao nogama, lagano lupkajući nogama i sa sve rascvjetanijim osmijehom na okruglom licu pripremao je publiku za ono što slijedi. Čim su se začuli vedri, prkosni zvuci Danile Kupor, nalik na veselu brbljavicu, sva su se vrata dvorane odjednom ispunila muškim licima s jedne i ženskim nasmijanim licima posluge s druge strane, koji su izašli na pogledaj veselog gospodara.
    - Otac je naš! Orao! – glasno će dadilja s jednih vrata.
    Grof je dobro plesao i znao je to, ali njegova dama nije znala i nije htjela dobro plesati. Njezino golemo tijelo stajalo je uspravno sa snažnim rukama koje su visjele prema dolje (pružila je končanicu grofici); plesalo joj je samo strogo ali lijepo lice. Ono što se izražavalo u čitavom grofovom okruglom liku, kod Marije Dmitrijevne izražavalo se samo u sve nasmijanijem licu i trzavom nosu. Ali ako je grof, koji je postajao sve nezadovoljniji, plijenio publiku iznenađenjem spretnih zavoja i laganih skokova svojih mekih nogu, Marija Dmitrijevna, s najmanjim žarom micajući ramenima ili zaokružujući ruke u okretima i lupajući, nije učinila manje dojam o zaslugama, što su svi cijenili njezinu pretilost i uvijek prisutnu strogost. Ples je postajao sve življi. Suparnici nisu mogli privući pozornost na sebe ni na minutu, a nisu to ni pokušali učiniti. Sve su zauzeli grof i Marija Dmitrijevna. Natasha je sve prisutne, koji su već gledali na plesačice, vukla za rukave i haljine i zahtijevala da gledaju u tatu. U pauzama plesa grof je duboko disao, mahao i vikao sviračima da brzo sviraju. Brže, brže i brže, brže i brže i brže, grof se odvijao, čas na vrhovima prstiju, čas na petama, jureći oko Marije Dmitrijevne i, konačno, okrenuvši svoju damu na njezino mjesto, napravio posljednji korak, podigavši ​​svoju meku nogu s iza, pognuvši znojnu glavu nasmijanog lica i okruglo mašući desnom rukom usred gromoglasnog pljeska i smijeha, posebno Natashinog. Obje su se plesačice zaustavile, teško dašćući i brišući se rupčićima od kambra.
    “Ovako se plesalo u naše vrijeme, ma chere”, reče grof.
    - O da Danila Kupor! - rekla je Marija Dmitrijevna, teško i dugo ispuštajući duh, zasučući rukave.

    Dok su Rostovi u dvorani plesali šesti anglaise uz zvuke umornih neuigranih glazbenika, a umorni konobari i kuhari spremali večeru, šesti udarac pogodio je grof Bezukhy. Liječnici su izjavili da nema nade za oporavak; bolesnik se tiho ispovjedio i pričestio; Vršile su pripreme za pomazanje, au kući je vladala užurbanost i strepnja iščekivanja, uobičajena u takvim trenucima. Izvan kuće, iza vrata, gomilali su se pogrebnici, skrivajući se od kočija koje su se približavale, očekujući bogatu narudžbu za grofov sprovod. Vrhovni zapovjednik Moskve, koji je stalno slao ađutante da se raspitaju o grofovom položaju, te se večeri i sam došao oprostiti od slavnog Katarininog plemića, grofa Bezukhima.
    Veličanstvena soba za primanje bila je puna. Svi su s poštovanjem ustali kad je vrhovni zapovjednik, nakon što je bio nasamo s bolesnikom oko pola sata, izašao odande, blago uzvraćajući naklone i nastojeći što brže proći pokraj pogleda liječnika, svećenstva i rodbine fiksiran na njega. Knez Vasilij, koji je ovih dana smršavio i problijedio, ispratio je vrhovnog zapovjednika i nekoliko mu puta tiho nešto ponovio.
    Isprativši vrhovnog zapovjednika, princ Vasilije sjede sam na stolicu u dvorani, visoko prekriživši noge, naslonivši lakat na koljeno i zatvorivši oči rukom. Nakon što je tako sjedio neko vrijeme, ustao je i neobično užurbanim koracima, gledajući oko sebe preplašenim očima, otišao dugim hodnikom do stražnje polovice kuće, do najstarije princeze.
    Oni u slabo osvijetljenoj prostoriji međusobno su razgovarali neujednačenim šapatom i svaki put ušutjeli te, s očima punim pitanja i očekivanja, osvrnuli se na vrata koja su vodila u odaje umirućeg čovjeka i ispustili tihi zvuk kad je netko izašao. toga ili ušao u njega.
    “Ljudska granica”, rekao je starac, duhovnik, gospođi koja je sjedila do njega i naivno ga slušala, “granica je postavljena, ali je ne možete prijeći.”
    "Pitam se je li prekasno za obavljanje pomazanja?" - dodajući duhovni naslov, upitala je gospođa, kao da o tome nema vlastito mišljenje.
    "Veliki je to sakrament, majko", odgovori duhovnik prelazeći rukom preko ćelavog mjesta, uz koje se protezalo nekoliko pramenova počešljane, polusijede kose.
    -Tko je to? bio sam vrhovni zapovjednik? - pitali su na drugom kraju sobe. - Kako mladoliko!...
    - I sedmo desetljeće! Što, kažu, grof neće saznati? Jeste li htjeli obaviti pomazanje?
    “Znao sam jedno: uzeo sam pomazanje sedam puta.”
    Druga je princeza upravo napustila bolesničku sobu uplakanih očiju i sjela pokraj doktora Lorraina, koji je sjedio u gracioznoj pozi ispod portreta Catherine, naslonjen laktovima na stol.
    “Tres beau,” rekao je liječnik, odgovarajući na pitanje o vremenu, “tres beau, princesse, et puis, a Moscou on se croit a la campagne.” [lijepo vrijeme, princezo, a onda Moskva izgleda tako poput sela.]
    "N"est ce pas? [Nije li tako?]," rekla je princeza, uzdahnuvši. "Dakle, može li on piti?"
    Lorren je razmislio o tome.
    – Je li uzeo lijek?
    - da
    Doktor je pogledao bregetu.
    – Uzmite čašu prokuhane vode i stavite une pincee (tankim prstima pokazao je što znači une pincee) de cremortartari... [prstohvat cremortartara...]
    "Slušaj, ja nisam pio", rekao je njemački liječnik ađutantu, "tako da nakon trećeg udarca nije ostalo ništa."
    – Kakav je to bio friški čovjek! - rekao je ađutant. – A kome će to bogatstvo otići? – dodao je šapatom.
    “Bit će okotnik”, odgovorio je Nijemac, smiješeći se.
    Svi su se osvrnuli prema vratima: zaškripala su, a druga princeza, nakon što je napravila piće koje joj je pokazao Lorren, odnijela ga je bolesniku. Njemački je liječnik prišao Lorrenu.

    Varijabla polja može se formalno promatrati na isti način kao što se u običnoj kvantnoj mehanici razmatra prostorna koordinata, a kvantni operator odgovarajućeg imena pridružuje se varijabli polja.

    Paradigma polja, koji predstavlja cjelokupnu fizikalnu stvarnost na fundamentalnoj razini svedenu na mali broj međusobno djelujućih (kvantiziranih) polja, ne samo da je jedan od najvažnijih u modernoj fizici, nego, možda, svakako i dominantan.

    Najlakši način je vizualizirati polje (kada govorimo, na primjer, o fundamentalnim poljima koja nemaju očitu neposrednu mehaničku prirodu) kao poremećaj (odstupanje od ravnoteže, kretanje) nekog (hipotetskog ili jednostavno imaginarnog) kontinuiranog medija ispunjavajući sav prostor. Na primjer, kao deformacija elastičnog medija čije se jednadžbe gibanja podudaraju ili su bliske jednadžbama polja tog apstraktnijeg polja koje želimo vizualizirati. Povijesno se takav medij nazivao eter, no naknadno je taj pojam gotovo potpuno izašao iz upotrebe, a njegov implicirani fizički sadržajni dio stopio se sa samim pojmom polja. Ipak, za temeljno vizualno razumijevanje pojma fizičkog polja općenito, takav je prikaz koristan, uzimajući u obzir činjenicu da se u okviru moderne fizike takav pristup obično prihvaća, uglavnom, samo kao ilustracija svrhe.

    Fizičko polje se stoga može okarakterizirati kao distribuirani dinamički sustav s beskonačnim brojem stupnjeva slobode.

    Ulogu varijable polja za fundamentalna polja često igra potencijal (skalar, vektor, tenzor), ponekad veličina koja se naziva jakost polja. (Za kvantizirana polja, u određenom smislu, odgovarajući operator također je generalizacija klasičnog koncepta varijable polja).

    Također polje u fizici nazivaju fizikalnu veličinu koja se smatra ovisno o mjestu: kao potpuni skup, općenito govoreći, različitih vrijednosti ove količine za sve točke nekog proširenog kontinuiranog tijela - kontinuiranog medija, koji u cijelosti opisuje stanje ili kretanje ovog produženog tijela. Primjeri takvih polja mogu biti:

    • temperatura (općenito govoreći različita u različitim točkama, kao iu različitim vremenima) u nekom mediju (npr. u kristalu, tekućini ili plinu) - (skalarno) temperaturno polje,
    • brzina svih elemenata određenog volumena tekućine je vektorsko polje brzina,
    • vektorsko polje pomaka i tenzorsko polje naprezanja pri deformaciji elastičnog tijela.

    Dinamiku takvih polja također opisuju parcijalne diferencijalne jednadžbe, a povijesno su takva polja prva počela razmatrati fizika, počevši od 18. stoljeća.

    Suvremeni koncept fizičkog polja izrastao je iz ideje o elektromagnetskom polju, koju je u fizički konkretnom i relativno bliskom modernom obliku prvi realizirao Faraday, matematički dosljedno implementirao Maxwell - u početku koristeći mehanički model hipotetskog kontinuiranog medija - eter, ali je tada otišao dalje od upotrebe mehaničkog modela.

    Fundamentalna polja

    Među područjima u fizici razlikuju se tzv. fundamentalna. To su polja koja, u skladu s terenskom paradigmom moderne fizike, čine osnovu fizičke slike svijeta, a sva ostala polja i interakcije proizlaze iz njih. Oni uključuju dvije glavne klase polja koja su u međusobnoj interakciji:

    • fundamentalna fermionska polja, prvenstveno predstavljaju fizikalnu osnovu za opis materije,
    • temeljna bozonska polja (uključujući gravitacijska, koja su tenzorska polja), koja su proširenje i razvoj koncepta Maxwellovih elektromagnetskih i Newtonovih gravitacijskih polja; Na njima je izgrađena teorija.

    Postoje teorije (primjerice, teorija struna, razne druge teorije objedinjavanja) u kojima ulogu temeljnih polja zauzimaju nešto drugačija, čak fundamentalnija sa stajališta tih teorija, polja ili objekti (a trenutna fundamentalna polja pojavljuju se ili bi se u tim teorijama trebao pojaviti u nekoj aproksimaciji kao "fenomenološka" posljedica). No, takve teorije još uvijek nisu dovoljno potvrđene niti općeprihvaćene.

    Priča

    Povijesno gledano, među temeljnim poljima prvo su otkrivena polja odgovorna za elektromagnetsku (električna i magnetska polja, zatim spojena u elektromagnetsko polje) i gravitacijsku interakciju (upravo kao fizička polja). Ta su polja otkrivena i dovoljno detaljno proučavana već u klasičnoj fizici. U početku su ta polja (u okviru Newtonove teorije gravitacije, elektrostatike i magnetostatike) većini fizičara izgledala više kao formalni matematički objekti uvedeni radi formalne pogodnosti, a ne kao potpuna fizička stvarnost, unatoč pokušajima dubljeg fizičkog razumijevanja , koji je ipak ostao dosta nedorečen ili nije dao previše značajnih plodova. No, počevši od Faradaya i Maxwella, pristup polju (u ovom slučaju elektromagnetskom polju) kao potpuno smislenoj fizičkoj stvarnosti počinje se sustavno i vrlo plodonosno primjenjivati, uključujući značajan iskorak u matematičkom oblikovanju ovih ideja.

    S druge strane, kako se kvantna mehanika razvijala, postajalo je sve jasnije da materija (čestice) ima svojstva koja su teoretski svojstvena upravo poljima.

    Trenutna država

    Tako se pokazalo da se fizička slika svijeta u svojoj osnovi može svesti na kvantizirana polja i njihovu interakciju.

    U određenoj mjeri, uglavnom u okviru formalizma integracije duž trajektorija i Feynmanovih dijagrama, dogodilo se i suprotno kretanje: polja se sada mogu značajno prikazati kao gotovo klasične čestice (točnije, kao superpozicija beskonačnog broja gotovo klasičnih čestica). krećući se po svim zamislivim putanjama), a međudjelovanje polja jedno s drugim je poput rađanja i apsorpcije jednih drugih od strane čestica (također sa superpozicijom svih zamislivih varijanti toga). I premda je ovaj pristup vrlo lijep, prikladan i omogućuje, na mnogo načina, psihološki povratak na ideju čestice koja ima dobro definiranu putanju, on ipak ne može poništiti pogled na stvari iz polja, pa čak nije ni potpuno simetrična alternativa njemu (i stoga još bliži lijepom, psihološki i praktično zgodnom, ali ipak samo formalnom uređaju, nego potpuno neovisnom konceptu). Ovdje postoje dvije ključne točke:

    1. postupak superpozicije ne može se "fizički" objasniti ni na koji način u smislu istinski klasičnih čestica; upravo dodano gotovo klasičnoj “korpuskularnoj” slici, a da nije njezin organski element; u isto vrijeme, s terenskog gledišta, ova superpozicija ima jasno i prirodno tumačenje;
    2. sama čestica, koja se kreće jednom zasebnom putanjom na putu integralni formalizam, iako vrlo sličan klasičnom, ipak nije potpuno klasičan: na uobičajeno klasično kretanje određenom putanjom s određenim momentom i koordinatom u svakom određenom trenutku, čak i za jednu jedinu putanju - morate dodati koncept faze (to jest, neko valno svojstvo), što je potpuno strano ovom pristupu u svom čistom obliku, i ovaj trenutak (iako je stvarno sveden na minimum i prilično je lako da samo ne razmišljam o tome) također nema nikakvo organsko unutarnje tumačenje; ali u okviru uobičajenog terenskog pristupa takva interpretacija opet postoji, i opet je organska.

    Dakle, možemo zaključiti da je pristup integracije po putanjama, iako vrlo psihološki prikladan (uostalom, recimo, točkasta čestica s tri stupnja slobode mnogo je jednostavnija od beskonačnodimenzionalnog polja koje je opisuje) i da ima dokazanu praktičnu produktivnost , ali ipak samo određeni preformulacija, iako prilično radikalan, terenski koncept, a ne njegova alternativa.

    I premda u riječima na ovom jeziku sve izgleda vrlo “korpuskularno” (na primjer: “interakcija nabijenih čestica objašnjava se izmjenom druge čestice - nositelja interakcije” ili “međusobno odbijanje dvaju elektrona nastaje zbog razmjene”). virtualnog fotona između njih"), međutim, iza toga postoji takva tipična stvarnost polja, poput širenja valova, iako prilično dobro skrivena u svrhu stvaranja učinkovite računske sheme, i na mnogo načina pruža dodatne mogućnosti za kvalitativno razumijevanje .

    Popis temeljnih polja

    Fundamentalna bozonska polja (polja koja nose temeljne interakcije)

    Ova polja unutar standardnog modela su mjerna polja. Poznate su sljedeće vrste:

    • Elektroslab
      • Elektromagnetsko polje (vidi također foton)
      • Polje je nositelj slabe interakcije (vidi također W- i Z-bozone)
    • polje gluona (vidi također Gluon)

    Hipotetička polja

    U širem smislu, hipotetičkim se mogu smatrati svi teorijski objekti (na primjer, polja) koji su opisani teorijama koje ne sadrže unutarnje proturječnosti, koje nisu jasno proturječne opažanjima, a koje su u isto vrijeme sposobne proizvesti vidljive posljedice koje dopustiti da se napravi izbor u korist ovih teorija u odnosu na one koje su sada prihvaćene. U nastavku ćemo govoriti (a to uglavnom odgovara uobičajenom shvaćanju pojma) uglavnom o hipotetičnosti u ovom užem i strožem smislu, podrazumijevajući valjanost i krivotvorenost pretpostavke koju nazivamo hipotezom.

    U teorijskoj fizici razmatraju se mnoga različita hipotetska polja, od kojih svako pripada vrlo specifičnoj specifičnoj teoriji (po svojoj vrsti i matematičkim svojstvima ta polja mogu biti potpuno ili gotovo ista kao poznata nehipotetska polja, a mogu biti i više ili manje vrlo različiti; u oba slučaja njihova hipotetička priroda znači da još nisu promatrana u stvarnosti, nisu eksperimentalno otkrivena; u odnosu na neka hipotetička polja može se postaviti pitanje mogu li se promatrati u načelu, pa čak i mogu li uopće postojati – primjerice ako se teorija u kojoj su prisutni iznenada pokaže unutarnje proturječnom).

    Pitanje što smatrati kriterijem koji omogućuje prijenos određenog specifičnog područja iz kategorije hipotetskog u kategoriju stvarnog prilično je suptilno, budući da je potvrda pojedine teorije i realnosti određenih predmeta sadržanih u njoj često više ili manje posredno. U tom se slučaju stvar obično svodi na nekakav razuman dogovor znanstvene zajednice (čiji su članovi više-manje potpuno svjesni o kakvom je stupnju potvrde zapravo riječ).

    Čak iu teorijama za koje se smatra da su prilično dobro potvrđene, postoji mjesto za hipotetička područja (ovdje govorimo o činjenici da su različiti dijelovi teorije ispitani s različitim stupnjevima temeljitosti, a neka polja koja igraju važnu ulogu u njima se, u načelu, u eksperimentu još uvijek nije sasvim sigurno pojavilo, odnosno za sada izgledaju upravo kao hipoteza izmišljena za određene teorijske svrhe, dok su druga područja koja se pojavljuju u istoj teoriji već dovoljno proučena da se o njima može govoriti kao stvarnost).

    Primjer takvog hipotetskog polja je Higgsovo polje, koje je važno u Standardnom modelu, čija preostala polja nipošto nisu hipotetska, a za sam model se, iako s neizbježnim rezervama, smatra da opisuje stvarnost (barem u kojoj je mjeri stvarnost poznata).

    Postoje mnoge teorije koje sadrže polja koja (još) nikada nisu promatrana, a ponekad same te teorije daju takve procjene da se njihova hipotetska polja očito (zbog slabosti njihove manifestacije koja slijedi iz same teorije) u načelu ne mogu detektirati u dogledno vrijeme. budućnost (na primjer, torzijsko polje). Smatra se da takve teorije (ako ne sadrže, uz praktički neprovjerljive, dovoljan broj lakše provjerljivih posljedica) nisu od praktičnog interesa, osim ako se ne pojavi neka nova netrivijalna metoda njihova testiranja koja omogućuje zaobići očita ograničenja. Ponekad (kao, na primjer, u mnogim alternativnim teorijama gravitacije - na primjer, Dickeovo polje) uvode se takva hipotetska polja o čijoj snazi ​​sama teorija ne može reći baš ništa (na primjer, konstanta sprega ovog polja s druge su nepoznate i mogu biti prilično velike, i male po želji); Također se obično ne žuri s testiranjem takvih teorija (budući da postoji mnogo takvih teorija, a svaka od njih ni na koji način nije dokazala svoju korisnost, a nije čak ni formalno krivotvoriva), osim u slučajevima kada jedna od njih ne počinje izgledaju obećavajuće iz nekog razloga. rješavanje nekih trenutnih poteškoća (međutim, izdvajanje teorija na temelju nepotvorljivosti - posebno zbog nesigurnih konstanti - ponekad se ovdje napušta, budući da se ozbiljna dobra teorija ponekad može testirati u nadi da će njezina učinak će biti otkriven, iako za to nema jamstava; Ovo je osobito istinito kada uopće postoji malo teorija kandidata ili neke od njih izgledaju posebno fundamentalno zanimljive; također u slučajevima kada je moguće testirati teorije široke klase na svim jednom prema poznatim parametrima, bez posebnog truda na testiranju svakog pojedinačno).

    Također treba napomenuti da je uobičajeno nazivati ​​hipotetskim samo ona polja koja uopće nemaju vidljive manifestacije (ili ih imaju nedovoljno, kao u slučaju Higgsovog polja). Ako je postojanje fizičkog polja čvrsto utvrđeno njegovim vidljivim manifestacijama, a govorimo samo o poboljšanju njegovog teorijskog opisa (na primjer, o zamjeni Newtonovog gravitacijskog polja poljem metričkog tenzora u općoj teoriji relativnosti), onda je ono obično se ne prihvaća govoriti o jednom ili drugom kao hipotetskom (iako se za ranu situaciju u općoj teoriji relativnosti moglo govoriti o hipotetskoj prirodi tenzorske prirode gravitacijskog polja).

    Zaključno, spomenimo takva polja, čiji je tip prilično neobičan, odnosno teorijski sasvim zamisliv, ali u praksi (i u nekim slučajevima, u ranim fazama razvoja) nikada nisu uočena polja takvog tipa. njihove teorije, mogle bi se pojaviti sumnje u njezinu dosljednost). Tu prije svega spadaju tahionska polja. Zapravo, tahionska polja se radije mogu nazvati samo potencijalno hipotetskim (to jest, ne dosežu status obrazovana pretpostavka), budući da poznate konkretne teorije u kojima igraju više ili manje značajnu ulogu, poput teorije struna, same po sebi nisu dosegle status dovoljno potvrđene.

    Čak i egzotičnija (na primjer, Lorentz-neinvarijantna - koja krše načelo relativnosti) polja (unatoč tome što su apstraktno teorijski sasvim zamisliva) u modernoj fizici mogu se klasificirati kao ona koja stoje prilično daleko izvan okvira razumne pretpostavke, to jest, striktno govoreći, ne smatraju se čak ni kao