Які існують поля у фізиці. Фундаментальні поля. Теорія електромагнітних сил Д. Максвелла

Коли ми перейшли до фізичних основ концепції сучасного природознавства, то, як ви напевно встигли побачити, у фізиці існує деяка кількість, здавалося б, простих, але фундаментальних понять, які, однак, не так просто відразу зрозуміти. До них відносяться постійно розглядаються в нашому курсі простір, час і ось тепер інше фундаментальне поняття - поле. У механіці дискретних об'єктів, механіці Галілея, Ньютона, Декарта, Лапла-са, Лагранжа, Гамільтона та інших механіків фізичного класицизму, ми були згодні з тим, що сили взаємодії між дискретними об'єктами викликають зміну параметрів їх руху (Швидкість, імпульс, момент імпульсу), змінюють їх енергію, здійснюють роботу і т.д. І це загалом було наочно і зрозуміло. Проте з вивченням природи електрики і магнетизму виникло розуміння, що взаємодіяти між собою електричні заряди можуть без безпосереднього контакту. У цьому випадку ми як би переходимо від концепції близькодії до безконтактної далекодії. Це і призвело до поняття поля.

Формальне визначення цього поняття звучить так: фізичним полем називається особлива форма матерії, що зв'язує частинки (об'єкти) речовини в єдині системи і передає з кінцевою швидкістю дію одних частинок на інші. Правда, як ми вже зазначали, такі визначення надто загальні і не завжди визначають глибинну та й конкретно практичну сутність поняття. Фізики насилу відмовлялися від ідеї фізичного контактного взаємодії тіл і вводили для пояснення різних явищ такі моделі як електричну і магнітну «рідину», для поширення коливань використовували уявлення про механічні коливання частинок середовища - моделі ефіру, оптичних флюїдів , теплорода, флогістона в теплових явищах, описуючи їх теж з механічної точки зору, і навіть біологи вводили «життєву силу» для пояснення процесів у живих організмах. Все це ні що інше, як спроби описати передачу дії через матеріальне («механічне») середовище.

Проте роботами Фарадея (експериментально), Максвелла (теоретично) і багатьох інших учених було показано, що існують електромагнітні поля (у тому числі і у вакуумі) і саме вони передають електромагнітні коливання. З'ясувалося, що і видиме світло є ці ж електромагнітні коливання в певному діапазоні частот коливань. Було встановлено, що електромагнітні хвилі діляться на кілька видів у шкалі коливань: радіохвилі (103 - 10-4), світлові хвилі (10-4 - 10-9 м), ІЧ (5 ×10-4 - 8 × 10-7 м), УФ (4 ×10-7 - 10-9 м), рентгенівське випромінювання (2 ×10-9 - 6 ×10-12 м), γ-випромінювання (< 6 ×10-12 м).

То що таке поле? Найкраще скористатися якимось абстрактним уявленням, і в цій абстракції знову ж таки немає нічого незвичайного або незрозумілого: як ми побачимо далі, такі ж абстракції використовуються в побудові фізики мікросвіту і фізики Всесвіту. Найпростіше сказати, що поле - це будь-яка фізична величина, яка в різних точках простору набуває різних значень. Наприклад температура - це поле (в даному випадку скалярне), яке можна описати як Т = Т(x, y, z), або, якщо воно змінюється в часі, Т = Т (x, y, z t). Можуть бути поля тисків, зокрема й атмосферного повітря, полі розподілу людей Землі чи різних націй серед населення, розподілу зброї Землі, різних пісень, тварин, всього чого завгодно. Можуть бути і векторні поля, як, наприклад, поле швидкостей поточної рідини. Ми вже знаємо, що швидкість (x, y, z, t) є вектор. Тому ми записуємо швидкість руху рідини в будь-якій точці простору в момент t у вигляді (x, y, z, t). Аналогічно можуть бути представлені електромагнітні поля. Зокрема, електричне поле - векторне, оскільки кулонівська сила між зарядами - природно, вектор:

(1.3.1)
Чимало винахідливості було витрачено на те, щоб допомогти людям подумки уявити поведінку полів. І виявилося, що найправильніша точка зору - це найвіддаленіша: треба просто розглядати поле як математичні функції координат і часу якогось параметра, що описує явище або ефект.

Однак можна припустити і наочну просту модель векторного поля та його описи. Можна побудувати уявну картину поля, накресливши в багатьох точках простору вектори, які визначають якусь характеристику процесу взаємодії або руху (для потоку рідини - це вектор швидкості рухомого потоку частинок, електричні явища можна модельно розглядати як заряджену рідину зі своїм вектором напруженості поля і т.д.). Зауважимо, що метод визначення параметрів руху через координати і імпульс у класичній механіці - це метод Лагранжа, а визначення через вектори швидкостей і потоки - це метод Ейлера. Таке модельне уявлення легко згадати з шкільного курсуфізики. Це, наприклад, силові лінії електричного поля(Рис.). По густоті цих ліній (точніше до них) ми можемо судити про інтенсивність перебігу рідини. Число цих ліній на одиницю площі, розташованої перпендикуляро до силових ліній, буде пропорційно напруженості електричного поля Е. Хоча картина силових ліній, введених Фарадеєм в 1852 р., дуже наочна, слід розуміти, що це лише умовна картина, проста фізична модель ( і отже, абстрактна), тому що, звичайно, не існує в природі якихось ліній, ниток, що сягають у просторі і здатних вплинути на інші тіла. Силових ліній насправді не існує, вони лише полегшують розгляд процесів, пов'язаних з полями сил.

Можна піти і далі в такій фізичній моделі: визначити скільки рідини втікає або витікає з деякого об'єму навколо обраної точки в полі швидкостей або напруженостей. Це пов'язано зі зрозумілим уявленням про наявність у якомусь обсязі джерел рідини та її стоків. Такі уявлення призводять нас до широко використовуваних понять векторного аналізу полів: потоку та циркуляції. Незважаючи на деяку абстракцію, насправді вони наочні, мають зрозумілий фізичний сенс і досить прості. Під потоком розуміють загальну кількість рідкості, що випливає в одиницю часу через деяку уявну поверхню біля обраної нами точки. Математично це записується так:

(1.3.2)
тобто. ця кількість (потік Фv) дорівнює сумарному твору (інтегралу) швидкості на поверхню ds, через яку рідина витікає.

З поняттям потоку пов'язане і поняття циркуляції. Можна запитати себе: чи циркулює, чи приходить наша рідина крізь поверхню обраного об'єму? Фізичний сенс циркуляції полягає в тому, що вона визначає міру руху (тобто знову-таки пов'язана зі швидкістю) рідини через замкнутий контур (лінію L, на відміну від потоку через поверхню S). Математично це теж можна записати: циркуляція по L

(1.3.3)
Звичайно, Ви можете сказати, що ці поняття потоку і циркуляції надто все ж таки абстрактні. Так, це так, але все ж краще користуватися абстрактними уявленнями, якщо вони дають зрештою правильні результати. Шкода, звичайно, що вони є абстракція, але поки що нічого не поробиш.

Тим не менш, виявляється, що користуючись цими двома поняттями потоку і циркуляції, можна прийти до знаменитих чотирьох рівнянь Максвелла, які описують практично всі закони електрики і магнетизму через уявлення полів. Там, щоправда, використовуються ще два поняття: дивергенція - розбіжність (наприклад, того ж потоку в просторі), що описує міру джерела, і ротор - вихор. Але вони нам для якісного розгляду рівнянь Максвелла не знадобляться. Ми, звичайно, наводити їх, а тим більше запам'ятовувати, у нашому курсі не будемо. Більш того, з цих рівнянь випливає, що електричне і магнітне поля пов'язані один з одним, утворюючи єдине електромагнітне поле, в якому розповсюджуються електромагнітні хвилі, зі швидкістю, рівної швидкостісвітла з = 3×108 м/с. Звідси, до речі, і було зроблено висновок про електромагнітну природу світла.

Рівняння Максвелла є математичним описом експериментальних законів електрики і магнетизму, встановлених раніше багатьма вченими (Ам-пер, Ерстед, Біо - Савар, Ленц та інші), і багато в чому Фарадеєм, про якого говорили, що він не встигає записувати те, що відкриває. Слід зазначити, що Фарадей сформулював ідеї поля, як нової форми існування матерії, як на якісному, а й кількісному рівні. Цікаво, що свої наукові записи він запечатав у конверт, просивши розкрити його після смерті. Це було зроблено, проте, лише 1938 р. Тому справедливо вважати теорію електромагнітного поля теорією Фарадея - Максвелла. Віддаючи данину заслугам Фарадея, засновник електротрохімії і президент Лондонського королівського товариства Г. Деві, у якого спочатку Фарадей працював лаборантом, писав: «Хоча я зробив ряд наукових відкриттів, Найбільш чудовим є те, що я відкрив Фарадея».

Не будемо тут торкатися численних явищ, пов'язаних з електрикою та магнетизмом (для цього є свої розділи у фізиці), але зазначимо, що як явища електро- та магнітостатики, так і динаміки заряджених частинок у класичному поданні добре описуються рівняннями Максвелла. Оскільки всі тіла в мікро-і макросвіті є так чи інакше зарядженими, то теорія Фарадея - Максвелла набуває справді універсального характеру. У межах її описуються і пояснюються рух і взаємодія заряджених частинок за наявності магнітного та електричного полів. Фізичний ж сенс чотирьох рівнянь Максвелла полягає в наступних положеннях.

1. Закон Кулона, що визначає сили взаємодії зарядів q1 і q2

(1.3.4)
відображає дію електричного поля на ці заряди

(1.3.5)
де - Напруженість електричного поля, а - сила Кулона. Звідси можна отримати й інші характеристики взаємодії заряджених частинок (тіл): потенціал поля, напруга, струм, енергію поля і т.д.

2. Електричні силові лінії починаються на одних зарядах (умовно прийнято вважати на позитивних) і закінчуються на інших - негативних, тобто. вони переривні і збігаються (у цьому їх модельний сенс) з напрямком векторів напруженості електричного поля - вони просто стосуються силових ліній. Магнітні силові замкнуті на себе, немає ні початку, ні кінця, тобто. безперервні. Це є доказом відсутності магнітних зарядів.

3. Будь-який електричний струмстворює магнітне поле, причому це магнітне поле може створюватися як постійним (тоді буде постійне магнітне поле) і змінним електричним струмом, так і змінним електричним полем (перемінне магнітне поле).

4. Змінне магнітне поле за рахунок явища електромагнітної індукції Фарадея створює електричне поле. Таким чином, змінні електричні та магнітні поля створюють одне одного і надають взаємний вплив. Тому й кажуть про єдине електромагнітне поле.

У рівняння Максвелла входить константа с, яка з разючою точністю співпадає зі швидкістю світла, звідки і був зроблений висновок, що світло - це поперечна хвиля в змінному електромагнітному полі. Причому цей процес поширення хвилі в просторі і часі триває до нескінченності, так як енергія електричного поля переходить в енергію магнітного поля і навпаки. У електромагнітних світлових хвилях взаємно перпендикулярно коливаються вектори напруженості електричного і магнітного полів (звідси і слід. що світло - поперечні хвилі), а як носій хвилі виступає саме простір, яке тим самим є напруженим. Однак швидкість розповсюдження хвиль (не тільки світлових) залежить від властивостей середовища. Тому, якщо гравитацинное взаємодія відбувається «миттєво», тобто. є далекодіючим, то електрична взаємодія буде в цьому сенсі близьким, так як поширення хвиль у просторі відбувається з кінцевою швидкістю. Характерними прикладамиє загасання і дисперсія світла в різних середовищах.

Таким чином, рівняння Максвелла пов'язують світлові явища з електричними та магнітними і тим самим надають фундаментальне значення теорії Фарадея – Масвелла. Зауважимо ще раз, що електромагнітне поле існує всюди у Всесвіті, у тому числі й у різних середовищах. Рівняння Максвелла грають у електро-магнетизмі ту саму роль, що рівняння Нью-тону в механіці, і лежать в основі електромагнітної картини світу.

Через 20 років після створення теорії Фара-дея - Максвелла в 1887 р. Герц експериментально підтвердив наявність електромагнітного випромінювання в діапазоні довжин хвиль від 10 до 100 м за допомогою іскрового розряду і реєстрацією сигналу в контурі в декількох метрах від розрядника. Вимірявши параметри випромінювання (довжину і частоту хвилі), він отримав, що швидкість розповсюдження хвилі збігається зі швидкістю світла. Згодом були вивчені та освоєння інші діапазони частот електромагнітного випромінювання. Було встановлено, що можна отримати хвилі будь-якої частоти за умови відповідного джерела випромінювання. Електронними методами можна отримати електромагнітні хвилі до 1012 Гц (від радіохвиль до мікрохвиль), за рахунок випромінювання атомів можна одержувати інфрачервоні, світлові, ультра-фіолетові та рентгенівські хвилі (діапазон частот від 1012 до 1020 Гц). Гамма-випромінювання із частотою коливань вище 1020 Гц випускається атомними ядрами. Таким чином було встановлено, що природа всіх електромагнітних випромінювань однакова і всі вони відрізняються лише своїми частотами.

Електромагнітне випромінювання (як і будь-яке інше поле) має енергію та імпульс. І цю енергію можна видобувати, створюючи умови, за яких поле приводить тіла в рух. Щодо визначення енергії електроманітної хвилі зручно розширити згадане нами поняття потоку (в даному випадку енергії) до представлення щільності потоку енергії, введеної вперше російським фізиком Умовим, який, до речі, займався і більше спільними питаннямиприродознавства, зокрема зв'язку живого в природі з енергією. Щільність потоку енергії - це кількість електромагнітної енергії, що проходить через одиничний майданчик, перпендикулярний до напряму поширення хвилі, в одиницю часу. Фізично це означає, зміна енергії всередині обсягу простору визначається її потоком, тобто. вектором Умова:

(1.3.6)
де з – швидкість світла.
Бо для плоскої хвиліЕ = В і енергія ділиться порівну між хвилями електричного та магнітного полів, то можна записати (1.3.6) у вигляді

(1.3.7)
Що стосується імпульсу світлової хвилі, то простіше отримати його зі знаменитої формули Ейнштейна Е = mc2, отриманої ним у теорії відносності, в яку також входить швидкість світла з як швидкість поширення електромагнітної хвилі, тому використання формули Ейнштейна тут фізично виправдано . Проблемами теорії відносності ми будемо займатися далі в розділі 1.4. Тут же зазначимо, що у формулі Е = mc2 відбито не тільки взаємозв'язок між енерегією Е та масою m, а й закон збереження повної енергії в лю-бом фізичному процесі, а не окремо збереження маси та енергії.

Тоді враховуючи, що енергії Е відповідає маса m, імпульс електромагнітної хвилі, тобто. добуток маси на швидкість (1.2.6), з урахуванням швидкості електромагнітної хвилі

(1.3.8)
Такий розподіл наведено для наочності, так як, строго кажучи, формулу (1.3.8) отримати із співвідношення Ейн-штейна некоректно, оскільки експериментально встановлено, що маса фотона як кванта світла дорівнює нулю.

З позицій сучасного природознавства саме Сонце через електромагнітне випромінювання забезпечує умови життя на Землі і цю енергію та імпульс ми може визначити фізичними законами кількісно. До речі, якщо є імпульс світла, значить світло має чинити тиск на поверхню Землі. Чому ми не відчуваємо його? Відповідь проста і полягає в наведеній формулі (1.3.8), так як величина с - величезне число. Тим не менш експериментально тиск світла було виявлено в дуже тонких дослідах російським фізиком П. Лебедєвим, а у Всесвіті підтверджується наявністю і положенням комітних хвостів, що виникають під дією імпульсу електромагнітного світлового випромінювання. Іншим прикладом, що підтверджує, що поле має енергію, служить передача сигналів від космічних станцій або з Місяця на Землю. Хоча ці сигнали і поширюються зі швидкістю світла з, але з кінцевим часом через великі відстані (від Місяця сигнал йде 1,3 с, від самого Сонця - 7 с). Питання: де знаходиться енергія випромінювання між передавачем на космічної станціїі приймачем на Землі? Відповідно до закону збереження вона повинна десь бути! І вона справді таким чином міститься саме в електромагнітному полі.

Зауважимо також, що передача енергії у просторі може здійснюватися лише змінних електромагнітних полях, коли змінюється швидкість частки. При постійному електричному струмі створюється постійне магнітне поле, яке діє на заряджену частинку перпендикулярно напрямку її руху. Це так звана сила Лоренца, що «закручує» частинку. Тому постійне магнітне поле не здійснює роботи (δА = dFdr) і, отже, відсутня передача енергії від зарядів, що рухаються в провіднику, до частинок поза провідником у просторі навколо за допомогою постійного магнітного поля. У разі змінного магнітного поля, викликаного змінним електричним полем, заряди у провіднику зазнають прискорення вздовж напрямку руху і енергія може передаватися частинкам, що знаходяться у просторі поблизу провідника. Тому тільки заряди, що рухаються з прискоренням, можуть передавати енергію за допомогою створюваного ними змінного електромагнітного поля.

Повертаючись до загального поняття поля як деякого розподілу відповідних величин або параметрів у просторі і часі, можна вважати, що таке поняття стосовно багатьох явищ не тільки в природі, але і в економіці або соціумі при використанні відповідних фізичних моделей. Необхідно тільки в кожному випадку переконуватися - виявляє чи обрана фізична величина або її аналог такі властивості, щоб опис її за допомогою моделі поля виявилося корисним. Зауважимо, що безперервність величин, що описують поле, є однією з основних параметрів поля і дозволяє використовувати відповідний математичний апарат, у тому числі коротко згаданий нами вище.

У цьому сенсі цілком виправдано говорити і про гравітаційне поле, де вектор гравітаційної сили змінюється безперервно, і про інші поля (наприклад інформаційне, поле ринкової економіки, силові поля художніх творіві т.д.), де виявляються невідомі поки що нам сили чи субстанції. Правомірно поширивши свої закони динаміки на небесну механіку, Ньютон встановив закон всесвітнього тяжіння

(1.3.9)
згідно з яким сила, що діє між двома масами m1 і m2 назад пропорційна квадрату відстані R між ними, G - константа гравітаційної взаємодії. Якщо ввести за аналогією з електромагнітним полем вектор напруженості поля тяжіння, то можна перейти від (1.3.9) безпосередньо до гравітаційного поля.

Формулу (1.3.9) можна зрозуміти так: маса m1 створює в просторі деякі умови, на які реагує маса m2, і в результаті відчуває спрямовану до m1 силу. Ось ці умови і є гравітаційне поле, джерелом якого є маса m1. Щоб не записувати щоразу силу, що залежить від m2, розділимо обидві частини рівняння (1.3.9) на m2, вважаючи її масою пробного тіла, тобто. того, на яке ми діємо (при цьому вважається, що пробна маса не вносить обурень у гравітаційне поле). Тоді

(1.3.10)
По суті тепер права частина (1.3.10) залежить тільки від відстані між масами m1 і m2, але не залежить від маси m2 і визначає гравітаційне поле в будь-якій точці простору, віддаленої від джерела гравітації m1 на відстані R безвідносно до того, чи є маса m2 чи ні. Тому можна ще раз переписати (1.3.10) так, щоб визначальне значення мала маса джерела гравітаційного поля. Позначимо праву частину (1.3.10) через g:

(1.3.11)
де М = m1.
Оскільки F – вектор, то, природно, і g – теж вектор. Він називається вектором напруженості гравітаційного поля і дає повний опис цього поля маси М в будь-якій точці простору. Оскільки величина g визначає силу, що діє на одиницю маси, то за своїм фізичним змістом та розмірністю вона є прискорення. Тому рівняння класичної динаміки (1.2.5) збігається за формою з силами, що діють у гравітаційному полі

(1.3.12)
До гравітаційного поля можна також застосувати поняття силових ліній, де за їхньою густотою (щільністю) судять про величини чинних сил. Силові гравітаційні лінії сферичної маси є прямі, спрямовані до центру сфери масою М як джерела гравітації, і згідно (1.3.10) сили взаємодії зменшуються з віддаленням від М за законом зворотної пропорційності квадрату відстані R. Таким чином, в На відміну від силових ліній електричного поля, що починаються на позитивному і закінчуються на негативному, в гравітаційному полі немає певних точок, де б вони починалися, водночас вони простягаються до нескінченності.

За аналогією з електричним потенціалом(- потенційна енергія одиничного заряду, що знаходиться в електричному полі), можна ввести гравітаційний потенціал

(1.3.13)
Фізичний сенс (1.3.13) у тому, що Фгр - це потенційна енергія, припадающая на одиницю маси. Введення потенціалів електричного і гравітаційного полів, які є, на відміну від векторних величин напруженостей і, скалярними величинами, спрощує кількісні розрахунки. Зауважимо, що до всіх параметрів полів застосуємо принцип суперпозиції, що полягає в незалежності дії сил (напруженостей, потенціалів) і можливості обчислення результуючого параметра (і векторного, і скалярного) відповідним додаванням.

Незважаючи на схожість основних законів електричних (1.3.4) та гравітаційних (1.3.9) полів та методологій введення та використання описувальних їх параметрів, пояснити їх сутність на основі загальної природи досі не вдалося. Хоча такі спроби, починаючи від Ейнштейна і до останнього часу, постійно робляться з метою створення єдиної теорії поля. Звичайно, це спростило б наше розуміння фізичного світу і дозволило описати його одноманітно. На деяких таких спробах ми зупинимося у розділі 1.6.

Вважається, що гравітаційні та електричні поля діють незалежно і можуть співіснувати в будь-якій точці простору одночасно, не впливаючи один на одного. Сумарна сила, що діє на пробну частинку із зарядом q та масою m, може бути виражена векторною сумою і. Підсумовувати вектори і немає сенсу, оскільки вони мають різну розмірність. Введення в класичній електродинаміці поняття електромагнітного поля з передачею взаємодії та енергії шляхом поширення хвиль через простір, дозволило відійти від механічного уявлення ефіру. У старому уявленні поняття ефіру як певного середовища, що пояснює передачу контактного дії сил, було спростовано як експериментально дослідами Майкельсона по виміру швидкості світла, так і, головним чином, теорією відносності Ейнштейна. Через поля виявилося можливим описувати фізичні взаємодії, для чого власне і були сформульовані загальні для різних типів полів характеристики, про які ми тут говорили. Правда слід зазначити, що сьогодні ідея ефіру частково відроджується деякими вченими з урахуванням поняття фізичного вакууму.

Так після механічної картини сформувалася нова на той час електромагнітна картина світу. Її можна розглядати як проміжну по відношенню до сучасної природничо. Зазначимо деякі загальні характеристикицієї па-радигми. Оскільки вона включає не тільки уявлення про поля, але і нові дані про електрони, фотони, ядерної моделі атома, закономірності, що з'явилися на той час. хімічної будовиречовин і розташування елементів у періодичній системі Менделєєва та ряд інших результатів по шляху пізнання природи, то, звичайно, в цю концепцію увійшли також ідеї квантової механікиі теорії відносності, про які ще йтиметься.

Головним у такому поданні є можливість описати велику кількість явищ на основі поняття поля. Було встановлено, на відміну механічної картини, що матерія існує у вигляді речовини, а й поля. Електромагнітна взаємодія на основі хвильових уявлень досить впевнено описує не тільки електричні і магнітні поля, але і оптичні, хімічні, теплові і механічні явища. Методологія польового уявлення матерії може бути використана і для розуміння полів іншої природи. Зроблено спроби ув'язати корпускулярну природу мікрооб'єктів з хвильовою природою процесів. Було встановлено, що «переносником» взаємодії електромагнітного поля є фотон, який уже підпорядковується законам квантової механіки. Робляться спроби знайти гравітон, як носій гравітаційного поля.

Однак незважаючи на суттєве просування вперед у пізнанні навколишнього світу, електромагнітна картина не вільна від недоліків. Так, у ній не розглядаються імовірнісні підходи, по суті імовірнісні закономірності не визнаються фундаментальними, збережені детерміністичний підхід Ньютона до опису окремих частинок і жорстка однозначність причинно-наслідкових зв'язків (що зараз оспорюється синергетикою) , ядерні взаємодії та його поля пояснюються як електромагнітними взаємодіями між зарядженими частинками. У цілому нині таке становище зрозуміло і зрозуміло, оскільки кожне проникнення у природу речей поглиблює наші уявлення та вимагає створення нових адекватних фізичних моделей.

Польова змінна може розглядатися формально подібно до того, як у звичайній квантовій механіці розглядається просторова координата, і польовою змінною зіставляється квантовий-оператор відповідної назви.

Польова парадигма, що представляє всю фізичну реальність на фундаментальному рівні, що зводиться до невеликої кількості взаємодіючих (квантованих) полів, є не лише однією з найважливіших у сучасній фізиці, але, мабуть, безумовно чільної.

Фізичне поле, таким чином, можна характеризувати як розподілену динамічну систему, що володіє нескінченним числом ступенів свободи.

Роль польової змінної для фундаментальних полів часто грає потенціал (скалярний, векторний, тензорний), іноді величина, звана напруженістю поля. (Для квантованих полів у певному сенсі узагальненням класичного поняття польової змінної також є відповідний оператор).

Також полему фізиці називають фізичну, величину, що розглядається як залежну від місця: як повний набір, взагалі кажучи, різних значень цієї величини для всіх точок деякого протяжного безперервного тіла - суцільного середовища, що описує у своїй сукупності стан або рух цього протяжного тіла. Прикладами таких полів може бути:

• температура (взагалі кажучи різна в різних точках, а також і в різні моменти часу) в деякому середовищі (наприклад, кристалі, рідині або газі) - (скалярне) поле температури,
• швидкість всіх елементів деякого об'єму рідини - векторне поле швидкостей,
• Векторне поле зсувів та тензорне поле напруги при деформації пружного тіла.

Динаміка таких полів також описується диференціальними рівняннями в приватних похідних, і історично першими, починаючи з XVIII століття, у фізиці розглядалися саме такі поля.

Сучасна концепція фізичного поля виросла з ідеї електромагнітного поля, вперше усвідомленої у фізично конкретному і порівняно близькому до сучасного вигляду Фарадеєм, математично ж послідовно реалізованої Максвеллом - спочатку з використанням механічної моделі гіпотетичної суцільного середовища - ефіру, але потім вийшла за рамки використання.

Енциклопедичний YouTube

• 1 / 5

  Серед полів у фізиці виділяють звані фундаментальні. Це поля, які, згідно з польовою парадигмою сучасної фізики, становлять основу фізичної картини світу, всі інші поля та взаємодії з них виводяться. Включають два основні класи полів, що взаємодіють один з одним:

  • фундаментальні ферміонні  поля, насамперед що представляють фізичну основу опису речовини,
  • фундаментальні бозонні поля (включаючи гравітаційне, що являє собою тензорне калібрувальне поле), що є розширенням та розвитком концепції максвеллівського електромагнітного та ньютоновського гравітаційного полів; ними будується теорія.

  Існують теорії (наприклад, теорія-струн, різні інші теорії-об'єднання), в яких роль фундаментальних полів займають дещо інші, ще більш фундаментальні з точки зору цих теорій, поля або об'єкти (а нинішні фундаментальні поля з'являються або повинні з'являтися в цих теоріях в деякому наближенні як "феноменологічне" слідство). Однак поки що такі теорії не є достатньо підтвердженими або загальноприйнятими.

  Історія

  Історично серед фундаментальних полів спочатку були відкриті (саме як фізичні поля) поля, відповідальні за електромагнітне (електричне і магнітне поля, потім об'єднані в електромагнітне поле), і гравітаційна взаємодія. Ці поля були відкриті та досить детально вивчені вже у класичній фізиці. Спочатку ці поля (в рамках ньютонівської теорії тяжіння, електростатики та магнітостатики) виглядали для більшості фізиків швидше як формальні математичні об'єкти, що вводяться для формальної ж зручності, а не як повноцінна фізична реальність, незважаючи на спроби більш глибокого фізичного осмислення, що залишалися однак досить туманними або не приносять надто суттєвих плодів. Але починаючи з Фарадея і Максвелла підхід до поля (в даному випадку - до електромагнітному полю) як до цілком змістовної фізичної реальності став застосовуватися систематично і дуже плідно, включаючи істотний прорив у математичному оформленні цих ідей.

  З іншого боку, у міру розвитку квантової механіки ставало дедалі зрозуміліше, що речовина (частки) має властивості, які теоретично властиві саме полям.

  Сучасний стан

  Таким чином, виявилося, що фізична картина світу може бути зведена у своєму фундаменті до квантованих полів та їхньої взаємодії.

  Якоюсь мірою, головним чином у рамках формалізму інтегрування по траекторіях і діаграм Фейнмана, відбувся і протилежний рух: поля стало можна помітною мірою уявити як майже класичні частинки (точніше - як суперпозицію нескінченної кількості рухомих по всіх мислимих траєкторіях майже класичних частинок) , а взаємодія полів друг з одним - як народження і поглинання частками одне одного (теж із суперпозицією всіх можливих варіантів такого). І хоча цей підхід дуже гарний, зручний і дозволяє багато в чому психологічно повернутися до уявлення про частинку, що має цілком певну траєкторію, він, проте, не може скасувати польовий погляд на речі і навіть не є повністю симетричною альтернативою йому (а тому все ж таки ближче до красивого, психологічно і практично зручного, але все ж таки всього лише формального прийому, ніж до повністю самостійної концепції). Справа тут у двох ключових моментах:

  1. процедура суперпозиції ніяк «фізично» не зрозуміла в рамках по-справжньому класичних частинок, вона просто додаєтьсядо майже класичної «корпускулярної» картини, не будучи її органічним елементом; водночас із польової точки зору ця суперпозиція має ясну та природну інтерпретацію;
  2. сама частка, що рухається по одній окремої траєкторії у формалізмі інтеграла по траєкторіях, хоча і дуже схожа на класичну, але все-таки класична не до кінця: до звичайного класичного руху по певній траєкторії з певним імпульсом і координатою в кожний конкретний момент навіть для однієї- єдиної траєкторії - доводиться додавати зовсім чуже для цього підходу в його чистому вигляді поняття фази (тобто деякої хвильової властивості), і цей момент (хоча він дійсно зведений до мінімуму і про нього досить легко просто не думати) також не має якоїсь органічної внутрішньої інтерпретації; а в рамках звичайного польового підходу така інтерпретація знову є і вона знову органічна.

  Таким чином, можна зробити висновок, що підхід інтегрування по траєкторіях є хоча і дуже психологічно зручна (адже, скажімо, точкова частка з трьома ступенями свободи набагато простіше, ніж нескінченномірне поле, яке її описує) і довела практичну продуктивність, але все ж таки лише якась переформулювання, Нехай і досить радикальна, польова концепція, а не її альтернатива.

  І хоча словами на цій мові все виглядає дуже «корпускулярно» (наприклад: «взаємодія заряджених частинок пояснюються обміном іншою частинкою - переносником взаємодії» або «взаємне відштовхування двох електронів обумовлено обміном між ними віртуальним фотоном»), проте за цим стоять такі типово польові реальності, як поширення хвиль, нехай і досить добре заховані задля створення ефективної схеми обчислень, та багато в чому даючи додаткові можливості якісного розуміння.

  Список фундаментальних полів

  Фундаментальні бозонні поля (поля - переносники фундаментальних взаємодій)

  Ці поля в рамках стандартної моделі є калібрувальними полями . Відомі такі їх типи:

  • Електрослабке
    • Електромагнітне поле (див. тж. Фотон)
    • Поле - переносник слабкої взаємодії (див. тж. W- і Z-бозони)
  • Глюонне поле (див. тж. Глюон)

  Гіпотетичні поля

  Гіпотетичними в широкому значенніможна вважати будь-які теоретичні об'єкти (наприклад, поля), які описуються теоріями, що не містять внутрішніх суперечностей, явно не суперечать спостереженням і здатними в той же час дати наслідки, що дозволяють зробити вибір на користь цих теорій порівняно з тими, які прийняті зараз. Нижче ми будемо говорити (і це в цілому відповідає звичайному розумінню терміна) в основному про гіпотетичність у цьому більш вузькому і строгому сенсі, що передбачає обґрунтованість та фальсифікованість припущення, яке ми називаємо гіпотезою.

  У теоретичній фізиці розглядається безліч різних гіпотетичних полів, кожне з яких є належністю цілком конкретної певної теорії (за своїм типом і математичним властивостямці поля можуть бути зовсім або майже такими, як відомі не гіпотетичні поля, а можуть більш-менш сильно відрізнятися; в тому й іншому випадку під їхньою гіпотетичністю мається на увазі те, що вони поки не спостерігалися в реальності, не були виявлені експериментально; щодо частини гіпотетичних полів може стояти питання про те, чи можуть вони спостерігатися в принципі, і навіть чи можуть взагалі існувати - наприклад, якщо теорія, в якій вони присутні, раптом виявиться внутрішньо суперечливою).

  Питання про те, що слід вважати критерієм, що дозволяє перенести якесь конкретне поле з розряду гіпотетичних у розряд реальних, досить тонкий, оскільки підтвердження тієї чи іншої теорії та реальності тих чи інших об'єктів, що в ній містяться, бувають часто більш-менш непрямими. У цьому випадку справа зводиться зазвичай до якоїсь розумної угоди наукової спільноти (члени якої більш-менш детально усвідомлюють, про який ступінь підтвердженості насправді йдеться).

  Навіть у теоріях, які вважаються досить добре підтвердженими, знаходиться місце гіпотетичним полям (тут йдеться про те, що різні частини теорії перевірені з різним ступенем ретельності, і деякі поля, що грають у них у принципі важливу роль, доки не виявилися в експерименті досить точно, тобто поки виглядають саме як гіпотеза, придумана для тих чи інших теоретичних цілей, у той час як інші поля, що фігурують у тій самій теорії, вивчені вже досить добре, щоб говорити про них як реальність).

  Прикладом такого гіпотетичного поля є поле Хіггса, що є важливим у Стандартній моделі, інші поля якої аж ніяк не є гіпотетичними, а сама модель, нехай і з неминучими застереженнями, вважається описує реальність (принаймні, до того ступеня, в якій реальність відома).

  Існує безліч теорій, що містять поля, які (поки що) ніколи не спостерігалися, а іноді самі ж ці теорії дають такі оцінки, що їх гіпотетичні поля мабуть (через слабкість їх прояву, що випливає з самої теорії) і не можуть у принципі бути виявлені в найближчому майбутньому (наприклад, торсійне поле). Такі теорії (якщо не містять, крім практично неперевірених, ще й достатньої кількості легше перевірених наслідків) не розглядаються як такі, що представляють практичний інтерес, якщо тільки не спливе якийсь нетривіальний новий спосібїх перевірки, що дозволяє оминути очевидні обмеження. Іноді ж (як, наприклад, у багатьох альтернативних теоріях гравітації - наприклад, полі Дикке) вводяться такі гіпотетичні поля, про силу прояву яких сама теорія взагалі не може нічого сказати (наприклад, константа зв'язку цього поля з іншими невідома і може бути як досить великий , Так і скільки завгодно малої); з перевіркою таких теорій зазвичай також не поспішають (оскільки таких теорій багато, а своєї корисності кожна з них нічим не довела, і навіть формально нефальсифікується), за винятком випадків, коли якась із них не починає з якихось причин здаватися перспективною для дозволу якихось поточних труднощів (втім, від відсіювання теорій виходячи з нефальсифицируемости - особливо через невизначених констант - тут іноді відмовляються, оскільки серйозна добротна теорія іноді то, можливо перевірена у надії, що її ефект виявиться, хоча гарантій цього немає; особливо це вірно, коли теорій-кандидатів взагалі трохи або деякі з них виглядають особливо фундаментально цікавими, також - у випадках, коли можна перевіряти теорії широкого класу все відразу за відомими параметрами, не витрачаючи спеціальних зусиль на перевірку кожної окремо).

  Слід також зауважити, що прийнято називати гіпотетичними лише такі поля, які зовсім не мають проявів (або мають їх недостатньо, як у випадку з полем Хігса). Якщо ж існування фізичного поля твердо встановлено за його спостеріганими проявами, і йдеться лише про поліпшення його теоретичного опису (наприклад, про заміну ньютоновського гравітаційного поля на полі метричного тензора в ОТО), то говорити про те чи інше як про гіпотетичні зазвичай не прийнято ( хоча для ранньої ситуації у ВТО можна було говорити про гіпотетичний характер тензорної природи гравітаційного поля).

  На закінчення згадаємо про такі поля, сам тип яких досить незвичайний, тобто теоретично цілком мислимо, але ніякі поля подібних типів ніколи не спостерігалися на практиці (а в деяких випадках на ранніх етапах розвитку їх теорії могли виникати і сумніви в її несуперечності). До таких, перш за все, слід віднести тахійні поля. Власне, тахіонні поля можна назвати скоріше лише потенційно гіпотетичними (тобто такими, що не досягають статусу. обґрунтованого припущення), тому що відомі конкретні теорії, в яких вони грають більш-менш істотну роль, наприклад, теорія-струн, самі не досягли статусу достатньо підтверджених.

  Ще більш екзотичні (наприклад, лоренц-неінваріантні - що порушують принцип-відносності) поля (при тому, що абстрактно-теоретично цілком мислимі) в сучасній фізиці можна віднести до тих, хто вже досить далеко за рамками аргументованого припущення, тобто, строго кажучи, їх не розглядають навіть як

  М. Фарадей увійшов у науку виключно завдяки таланту та старанності у самоосвіті. Виходець із бідної сім'ї, він працював у палітурній майстерні, де познайомився з працями вчених, філософів. Відомий англійський фізикГ.Деві (1778-1829), який сприяв входженню М. Фарадея до наукової спільноти, одного разу сказав, що найбільшим його досягненням у науці є «відкриття» ним М. Фарадея. М. Фарадей винайшов електродвигун та електрогенератор, тобто машини для виробництва електрики. Йому належить ідея у тому, що електрика має єдину фізичну природу, т. е. незалежно від цього, як його отримано: рухом магніту чи проходженням електрично заряджених частинок у провіднику. Для пояснення взаємодії між електричними зарядамина відстані М. Фарадей увів поняття фізичного поля. Фізичне полевін представляв як властивість самого простору навколо електрично зарядженого тіла фізично впливати на інше заряджене тіло, поміщене в цей простір. За допомогою металевих частинок він показав розташування та наявність сил, що діють у просторі навколо магніту (магнітних сил) та електричного зарядженого тіла (електричних). Свої ідеї про фізичне поле М. Фарадей виклав у листі-заповіті, який було розкрито лише у 1938 р. у присутності членів Лондонського Королівського товариства. У цьому листі було виявлено, що М. Фарадей володів методикою вивчення властивостей поля та в його теорії електромагнітні хвилі поширюються з кінцевою швидкістю. Причини, через які він виклав свої ідеї про фізичне поле у ​​формі листа-заповіту, можливо, такі. Представники французької фізичної школи вимагали від нього теоретичного доказу зв'язку електричних та магнітних сил. Крім того, поняття фізичного поля, за М. Фарадею, означало, що поширення електричних і магнітних сил здійснюється безперервним чином від однієї точки поля до іншої і, отже, ці сили мають характер близьких, а не далекодіючих, як вважав Ш. Кулон. М. Фарадею належить ще одна плідна ідея. При вивченні властивостей електролітів він виявив, що електричний заряд частинок, що утворюють електрику, не є дрібним. Ця ідея була підтверджена

  
  
  

  визначенням заряду електрона вже в наприкінці XIXв.

  Теорія електромагнітних сил Д. Максвелла

  Подібно до І. Ньютону Д. Максвелл надав усім результатам досліджень електричних і магнітних сил теоретичну форму. Сталося це у 70-х роках ХІХ ст. Він сформулював свою теорію на основі законів зв'язку взаємодії електричних та магнітних сил, зміст яких можна уявити таким чином:

  1. Будь-який електричний струм викликає або створює магнітне поле в навколишньому просторі. Постійний електричний струм створює постійне магнітне поле. Але постійне магнітне поле (нерухомий магніт) не може створювати електричне поле взагалі (ні постійне, ні змінне).

  2. Перемінне магнітне поле, що утворилося, створює змінне електричне поле, яке, у свою чергу, створює змінне магнітне поле,

  3. Силові лінії електричного поля замикаються на електричних зарядах.

  4. Силові лінії магнітного поля замкнуті самі на себе і ніколи не закінчуються, тобто не існує у природі магнітних зарядів.

  У рівняннях Д. Максвелла була присутня деяка постійна величинаС, яка вказувала, що швидкість розповсюдження електромагнітних хвильу фізичному полі є кінцевою і збігається зі швидкістю розповсюдження світла у вакуумі, що дорівнює 300 тис. км/с.

  Основні поняття та принципи електромагнетизму.

  Теорія Д. Максвелла була сприйнята деякими вченими з великим сумнівом. Наприклад, Г. Гельмгольц (1821-1894) дотримувався точки зору, згідно з якою електрика є «невагомим флюїдом», що розповсюджується з нескінченною швидкістю. На його прохання Г. Герц (1857-

  1894) зайнявся експериментом, що доводить флюїдну природу електрики.

  На той час О. Френель (1788-1827) показав, що світло поширюється не як поздовжні, бо як поперечні хвилі. У 1887 р. Герцю вдалося побудувати експеримент. Світло у просторі між електричними зарядами поширювалося поперечними хвилями зі швидкістю 300 тис. км/с. Це дозволило йому говорити про те, що його експеримент усуває сумніви щодо тотожності світла, теплового випромінювання та хвильового електромагнітного руху.

  Цей експеримент став основою створення електромагнітної фізичної картини світу, однією з прибічників якої був Г. Гельмгольц. Він вважав, що всі фізичні сили, що панують у природі, мають бути пояснені на основі тяжіння та відштовхування. Проте створення електромагнітної картини світу зіштовхнулося із труднощами.

  1. Основним поняттям механіки Галілея – Ньютона було поняття речовини,

  має масу, але виявилося, що речовина може мати заряд.

  Заряд – це фізична властивістьречовини створювати навколо себе фізичне поле, що надає фізичну дію на інші заряджені тіла, речовини (тяжіння, відштовхування).

  2. Заряд та маса речовини можуть мати різну величину, тобто є дискретними величинами. У той самий час поняття фізичного поля передбачає передачу фізичної взаємодіїбезперервно від однієї його точки до іншої. Це означає, що електричні та магнітні сили є близькими силами, оскільки у фізичному полі немає порожнього простору, не заповненого електромагнітними хвилями.

  3. У механіці Галілея-Ньютона можлива нескінченно велика швидкість

  фізичної взаємодії, тут же стверджується, що електромагнітні

  хвилі поширюються з великою, але кінцевою швидкістю.

  4. Чому сила гравітації та сила електромагнітної взаємодії діють незалежно одна від одної? При віддаленні Землі сила тяжкості зменшується, слабшає, а електромагнітні сигнали діють у космічному корабліточно так само, як і на Землі. У ХІХ ст. можна було навести такий самий переконливий приклад без космічного корабля.

  5. Відкриття 1902г. П.Лебедєвим (1866-1912) – професором Московського університету – світлового тиску загострило питання про фізичну природу світла: чи є він потоком частинок чи тільки електромагнітними хвилями певної довжини? Тиск, як фізичне явище, пов'язані з поняттям речовини, з дискретністю - точніше. Таким чином, тиск світла свідчив про дискретну природу світла як потоку частинок.

  6. Подібність зменшення гравітаційних та електромагнітних сил - за законом

  «назад пропорційно квадрату відстані» - викликало законне питання: чому квадрат відстані, а, наприклад, не куб? Деякі вчені стали говорити про електромагнітне поле як про один із станів «ефіру», що заповнює простір між планетами та зірками.

  Всі ці труднощі відбувалися через відсутність у період знань про будову атома, але М. Фарадей мав рацію, кажучи, що, не знаючи, як влаштований атом, ми можемо вивчати явища, у яких виражається його фізична природа. Дійсно електромагнітні хвилі несуть істотну інформацію про процеси, що відбуваються всередині атомів. хімічних елементівта молекул речовини. Вони подають інформацію про далеке минуле і сьогодення Всесвіту: про температуру космічних тіл, їх хімічному складі, відстані до них і т.д.

  7. В даний час використовується наступна шкала електромагнітних хвиль:

  радіохвилі із довжиною хвилі від 104 до 10 -3 м;

  інфрачервоні хвилі – від 10-3 до 810-7 м;

  видиме світло – від 8 10-7 до 4 10-7 м;

  ультрафіолетові хвилі – від 4 10-7 до 10-8 м;

  рентгенівські хвилі (промені) – від 10-8 до 10-11 м;

  гамма-випромінювання – від 10-11 до 10-13 м.

  8. Що стосується практичних аспектіввивчення електричних і магнітних сил, воно здійснювалося в XIX ст. швидкими темпами: перша телеграфна лінія між містами (1844), прокладання перового трансатлантичного кабелю (1866), телефон (1876), лампа розжарювання (1879), радіоприймач (1895).

  Мінімальною порцією електромагнітної енергії є фотон.Це найменше неподільне кількість електромагнітного випромінювання.

  Сенсацією початку ХХІ ст. є створення російськими вченими з м. Троїцька (Підмосков'я) полімеру з атомів вуглецю, який має властивості магніту. Зазвичай вважалося, що наявність металів у речовині відповідальна за магнітні властивості. Перевірка цього полімеру на металевість показала, що в ньому немає присутності металів.

  Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії

  Фізичне поле, таким чином, можна характеризувати як розподілену динамічну систему, що має нескінченне число ступенів свободи.

  Роль польової змінної для фундаментальних полів часто грає потенціал (скалярний, векторний, тензорний), іноді величина, звана напруженістю поля. (Для квантованих полів у певному сенсі узагальненням класичного поняття польової змінної також є відповідний оператор).

  Також полему фізиці називають фізичну величину, що розглядається як залежна від місця: як повний набір, взагалі кажучи, різних значень цієї величини для всіх точок деякого протяжного безперервного тіла - суцільного середовища, що описує у своїй сукупності стан або рух цього протяжного тіла. Прикладами таких полів може бути:

  • температура (взагалі кажучи різна в різних точках, а також і в різні моменти часу) в деякому середовищі (наприклад, кристалі, рідині або газі) - (скалярне) поле температури,
  • швидкість всіх елементів деякого об'єму рідини - векторне поле швидкостей,
  • Векторне поле зсувів та тензорне поле напруги при деформації пружного тіла.

  Динаміка таких полів також описується диференціальними рівняннями у приватних похідних, і історично першими, починаючи з XVIII століття, у фізиці розглядалися саме такі поля.

  Сучасна концепція фізичного поля виросла з ідеї електромагнітного поля, вперше усвідомленої у фізично конкретному і порівняно близькому до сучасного вигляду Фарадеєм, математично ж послідовно реалізованої Максвеллом – спочатку з використанням механічної моделі гіпотетичного суцільного середовища – ефіру, але потім вийшла за рамки використання механічної моделі.

  Фундаментальні поля

  Серед полів у фізиці виділяють звані фундаментальні. Це поля, які, згідно з польовою парадигмою сучасної фізики, становлять основу фізичної картини світу, всі інші поля та взаємодії з них виводяться. Включають два основні класи полів, що взаємодіють один з одним:

  • фундаментальні ферміонні поля , що насамперед представляють фізичну основу опису речовини ,
  • фундаментальні бозонні поля (включаючи гравітаційне, що являє собою тензорне калібрувальне поле), що є розширенням та розвитком концепції максвеллівського електромагнітного та ньютоновського гравітаційного полів; ними будується теорія.

  Існують теорії (наприклад, теорія струн, різні інші теорії об'єднання), в яких роль фундаментальних полів займають дещо інші, ще більш фундаментальні з точки зору цих теорій, поля або об'єкти (а нинішні фундаментальні поля з'являються або повинні з'являтися в цих теоріях у деякому наближенні як "феноменологічне" слідство). Однак поки що такі теорії не є достатньо підтвердженими або загальноприйнятими.

  Історія

  Історично серед фундаментальних полів спочатку були відкриті (саме як фізичні поля) поля, відповідальні за електромагнітне (електричне і магнітне поля, потім об'єднані в електромагнітне поле), і гравітаційна взаємодія. Ці поля були відкриті та досить детально вивчені вже у класичній фізиці. Спочатку ці поля (в рамках ньютонівської теорії тяжіння, електростатики та магнітостатики) виглядали для більшості фізиків швидше як формальні математичні об'єкти, що вводяться для формальної ж зручності, а не як повноцінна фізична реальність, незважаючи на спроби більш глибокого фізичного осмислення, що залишалися однак досить туманними або не приносять надто суттєвих плодів. Але починаючи з Фарадея і Максвелла підхід до поля (в даному випадку - до електромагнітного поля) як до змістовної фізичної реальності став застосовуватися систематично і дуже плідно, включаючи і суттєвий прорив у математичному оформленні цих ідей.

  З іншого боку, у міру розвитку квантової механіки ставало дедалі зрозуміліше, що речовина (частки) має властивості, які теоретично властиві саме полям.

  Сучасний стан

  Таким чином, виявилося, що фізична картина світу може бути зведена у своєму фундаменті до квантованих полів та їхньої взаємодії.

  Якоюсь мірою, головним чином у рамках формалізму інтегрування по траєкторіях і діаграм Фейнмана, відбувся і протилежний рух: поля стало можна помітно представити як майже класичні частинки (точніше - як суперпозицію нескінченної кількості рухомих по всіх мислимих траєкторіях майже класичних частинок) , а взаємодія полів друг з одним - як народження і поглинання частками одне одного (теж із суперпозицією всіх можливих варіантів такого). І хоча цей підхід дуже гарний, зручний і дозволяє багато в чому психологічно повернутися до уявлення про частинку, що має цілком певну траєкторію, він, проте, не може скасувати польовий погляд на речі і навіть не є повністю симетричною альтернативою йому (а тому все ж таки ближче до красивого, психологічно і практично зручного, але все ж таки всього лише формального прийому, ніж до повністю самостійної концепції). Справа тут у двох ключових моментах:

  1. процедура суперпозиції ніяк «фізично» не зрозуміла в рамках по-справжньому класичних частинок, вона просто додаєтьсядо майже класичної «корпускулярної» картини, не будучи її органічним елементом; водночас із польової точки зору ця суперпозиція має ясну та природну інтерпретацію;
  2. сама частка, що рухається по одній окремій траєкторії у формалізмі інтеграла по траєкторіях, хоча і дуже схожа на класичну, але все-таки класична не до кінця: до звичайного класичного руху по певній траєкторії з певним імпульсом і координатою в кожний конкретний момент навіть для однієї- єдиної траєкторії - доводиться додавати зовсім чуже для цього підходу в його чистому вигляді поняття фази (тобто деякої хвильової властивості), і цей момент (хоча він дійсно зведений до мінімуму і про нього досить легко просто не думати) також не має якоїсь органічної внутрішньої інтерпретації; а в рамках звичайного польового підходу така інтерпретація знову є і вона знову органічна.

  Таким чином, можна зробити висновок, що підхід інтегрування по траєкторіях є хоча і дуже психологічно зручна (адже, скажімо, точкова частка з трьома ступенями свободи набагато простіше, ніж нескінченномірне поле, яке її описує) і довела практичну продуктивність, але все ж таки лише якась переформулювання, Нехай і досить радикальна, польова концепція, а не її альтернатива.

  І хоча словами на цій мові все виглядає дуже «корпускулярно» (наприклад: «взаємодія заряджених частинок пояснюються обміном іншою частинкою - переносником взаємодії» або «взаємне відштовхування двох електронів обумовлено обміном між ними віртуальним фотоном»), проте за цим стоять такі типово польові реальності, як поширення хвиль, нехай і досить добре заховані задля створення ефективної схеми обчислень, та багато в чому даючи додаткові можливості якісного розуміння.

  Список фундаментальних полів

  Фундаментальні бозонні поля (поля – переносники фундаментальних взаємодій)

  Ці поля в рамках стандартної моделі є калібрувальними полями. Відомі такі їх типи:

  • Електрослабке
    • Електромагнітне поле (див. тж. Фотон)
    • Поле - переносник слабкої взаємодії (див. тж. W- та Z-бозони)
  • Глюонне поле (див. тж. Глюон)

  Гіпотетичні поля

  Гіпотетичними в широкому сенсі можна вважати будь-які теоретичні об'єкти (наприклад, поля), які описуються теоріями, що не містять внутрішніх суперечностей, явно не суперечать спостереженням і здатними в той же час дати наслідки, що дозволяють зробити вибір на користь цих теорій порівняно з тими, які прийняті зараз. Нижче ми будемо говорити (і це в цілому відповідає звичайному розумінню терміна) в основному про гіпотетичність у цьому більш вузькому і строгому сенсі, що передбачає обґрунтованість та фальсифікованість припущення, яке ми називаємо гіпотезою.

  У теоретичній фізиці розглядається безліч різних гіпотетичних полів, кожне з яких є належністю цілком конкретної певної теорії (за своїм типом і математичними властивостями ці поля можуть бути зовсім або майже такими ж, як відомі не гіпотетичні поля, а можуть більш-менш сильно відрізнятися; тому й іншому випадку під їх гіпотетичності мають на увазі те, що вони поки не спостерігалися в реальності, не були виявлені експериментально, щодо частини гіпотетичних полів може стояти питання про те, чи можуть вони спостерігатися в принципі, і чи можуть вони взагалі існувати - наприклад, якщо теорія, в якій вони є, раптом виявиться внутрішньо суперечливою).

  Питання про те, що слід вважати критерієм, що дозволяє перенести якесь конкретне поле з розряду гіпотетичних у розряд реальних, досить тонкий, оскільки підтвердження тієї чи іншої теорії та реальності тих чи інших об'єктів, що в ній містяться, бувають часто більш-менш непрямими. У цьому випадку справа зводиться зазвичай до якоїсь розумної угоди наукової спільноти (члени якої більш-менш детально усвідомлюють, про який ступінь підтвердженості насправді йдеться).

  Навіть у теоріях, які вважаються досить добре підтвердженими, знаходиться місце гіпотетичним полям (тут йдеться про те, що різні частини теорії перевірені з різним ступенем ретельності, і деякі поля, що грають у них у принципі важливу роль, доки не виявилися в експерименті досить точно, тобто поки виглядають саме як гіпотеза, придумана для тих чи інших теоретичних цілей, у той час як інші поля, що фігурують у тій самій теорії, вивчені вже досить добре, щоб говорити про них як реальність).

  Прикладом такого гіпотетичного поля є поле Хіггса , що є важливим у Стандартній моделі , решта поля якої аж ніяк не є гіпотетичними, а сама модель, нехай і з неминучими застереженнями, вважається описує реальність (принаймні, настільки, наскільки реальність відома).

  Існує безліч теорій, що містять поля, які (поки що) ніколи не спостерігалися, а іноді самі ж ці теорії дають такі оцінки, що їх гіпотетичні поля мабуть (через слабкість їх прояву, що випливає з самої теорії) і не можуть у принципі бути виявлені в найближчому майбутньому (наприклад, торсіонне поле). Такі теорії (якщо не містять, крім практично неперевірених, ще й достатньої кількості легше перевірених наслідків) не розглядаються як такі, що представляють практичний інтерес, якщо не спливе якийсь нетривіальний новий спосіб їх перевірки, що дозволяє обійти очевидні обмеження. Іноді (як, наприклад, у багатьох альтернативних теоріях гравітації - наприклад, поле Дікке) вводяться такі гіпотетичні поля, про силу прояву яких сама теорія взагалі не може нічого сказати (наприклад, константа зв'язку цього поля з іншими невідома і може бути як досить великий , Так і скільки завгодно малої); з перевіркою таких теорій зазвичай також не поспішають (оскільки таких теорій багато, а своєї корисності кожна з них нічим не довела, і навіть формально нефальсифікується), за винятком випадків, коли якась із них не починає з якихось причин здаватися перспективною для вирішення якихось поточних труднощів (втім, від відсіювання теорій на підставі нефальсифікованості - особливо через невизначені константи - тут іноді відмовляються, тому що серйозна добротна теорія іноді може бути перевірена в надії, що її ефект виявиться, хоча гарантій цього і ні, особливо це вірно, коли теорій-кандидатів взагалі трохи або деякі з них виглядають особливо фундаментально цікавими;

  Слід також зауважити, що прийнято називати гіпотетичними лише такі поля, які зовсім не мають проявів (або мають їх недостатньо, як у випадку з полем Хігса). Якщо ж існування фізичного поля твердо встановлено за його спостеріганими проявами, і йдеться лише про поліпшення його теоретичного опису (наприклад, про заміну ньютоновського гравітаційного поля на полі метричного тензора в ОТО), то говорити про те чи інше як про гіпотетичні зазвичай не прийнято ( хоча для ранньої ситуації у ВТО можна було говорити про гіпотетичний характер тензорної природи гравітаційного поля).

  На закінчення згадаємо таких полях, сам тип яких досить незвичайний, тобто. теоретично цілком мислимо, але жодні поля подібних типів ніколи не спостерігалися на практиці (а в деяких випадках на ранніх етапах розвитку їхньої теорії могли виникати і сумніви в її несуперечності). До таких, перш за все, слід віднести тахійні поля. Власне, тахіонні поля можна назвати скоріше лише потенційно гіпотетичними (тобто такими, що не досягають статусу. обґрунтованого припущення), т.к. Відомі конкретні теорії, в яких вони відіграють більш менш істотну роль, наприклад, теорія струн, самі не досягли статусу достатньо підтверджених.

  Ще більш екзотичні (наприклад, лоренц-неінваріантні - що порушують принцип відносності) поля (при тому, що абстрактно-теоретично цілком мислимі) у сучасній фізиці можна віднести до тих, хто вже досить далеко за рамками аргументованого припущення, тобто, строго кажучи, їх не розглядають навіть як гіпотетичні.

  Див. також

  Напишіть відгук про статтю "Поле (фізика)"

  Примітки

  1. Скалярного, векторного, тензорного чи спинорного характеру; у будь-якому разі ця величина зазвичай може бути зведена до представлення числом або деяким набором чисел (що приймають, взагалі кажучи, різні значення у різних точках простору).
  2. Залежно від математичного вигляду цієї величини розрізняють скалярні, векторні, тензорні та спинорні поля.
  3. Поле визначено у всьому просторі, якщо це фундаментальне поле. Такі поля, як поле швидкості течії рідини або поле деформації кристала, визначені області простору, заповненої відповідним середовищем.
  4. У сучасному викладі це зазвичай виглядає як поле на (в) просторі-часі, таким чином залежність польової змінної від часу розглядається майже рівноправно із залежністю від просторових координат.
  5. Незважаючи на наявність більш-менш віддалених від її стандартного варіанта альтернативних концепцій або переінтерпретацій, які однак не можуть поки що не отримати рішучої перед нею переваги або навіть рівності з нею (не виходячи, як правило, за межі досить маргінальних явищ переднього краю теоретичної фізики), ні, як правило, занадто далеко від неї піти, залишаючи їй в цілому все ж таки (поки що) центральне місце.
  6. На відміну від згаданого дещо нижче класу фізичних полів із фізики суцільних середовищ, що мають досить наочну природу власними силами, згаданих у статті далі.
  7. З різних історичних причин, не останньою з яких була та, що концепція ефіру психологічно передбачала досить конкретну реалізацію, яка могла б дати експериментально перевірені слідства, проте в реальності нетривіальних наслідків деяких з подібних моделей не було виявлено, слідства ж з інших прямо суперечили експеримент, тому концепція фізично реального ефіру поступово була визнана зайвою, а разом з нею вийшов із вживання у фізиці і сам термін. Не останню роль у цьому зіграла така причина: у момент піку обговорення застосування концепції ефіру до опису електромагнітного поля "матерія", "частинки" вважалися об'єктами принципово іншої природи, тому їх рух через простір, заповнений ефіром, представлялося немислимим або уявним з величезними труднощами; згодом ця причина по суті перестала мати місце у зв'язку з тим, що матерія та частки стали описуватися також як польові об'єкти, але до цього часу слово ефірбуло вже майже забуто як актуальне поняття теоретичної фізики.
  8. Хоча в деяких роботах сучасних теоретиків іноді використання поняття ефіру буває глибшим - див. Поляков А.М. "Калібрувальні поля та струни".
  9. Під станом і рухом може матися на увазі макроскопічне положення та механічний рухелементарних об'ємів тіла, а також це можуть бути залежні від просторових координат та зміни з часом величин такого характеру, як електричний струм, температура, концентрація тієї чи іншої речовини тощо.
  10. Речовина була, звичайно, відома навіть раніше, але довгий час було зовсім не очевидно, що концепція поля може мати відношення до опису речовини (яке описувалося переважно «корпускулярно»). Таким чином, сама концепція фізичного поля та відповідний математичний апарат був історично розвинений спочатку стосовно електромагнітного поля та гравітації.
  11. За винятком випадків, коли найтуманніші міркування призводили до серйозних відкриттів, оскільки служили стимулом до експериментальним дослідженням, що приводили до фундаментальних відкриттів, як при відкритті Ерстедом породження магнітного поля електричним струмом.
  12. Петро Галісон. Einstein"s clocks, Poincaré"s maps: empires of time. – 2004. – P. 389. – ISBN 9780393326048 .
      статтю Пуанкаре «Динаміка електрона», розділ VIII (А. Пуанкаре. Вибрані праці, т. 3. М., Наука, 1974), доповідь М. Планка (М. Планк. Вибрані праці. М., Наука, 1975 .) та статтю Ейнштейна та Лаубе «Про пондемоторні сили», § 3 «Рівність дії та протидії» (А. Ейнштейн. Збори наукових праць, т. 1. М., Наука, 1965.) (Все за 1908 рік).
  13. Частину властивостей польових рівнянь вдалося прояснити виходячи з досить загальних принципів, таких як лоренц-інваріантність та принцип причинності. Так принцип причинності та принцип кінцівки швидкості поширення взаємодій вимагають, щоб диференціальні рівняння, що описують фундаментальні поля, належали до гіперболічного типу.
  14. Ці твердження справедливі щодо фундаментальних полів тахіонного типу. Макроскопічні системи, що мають властивості тахіонних полів не є чимось незвичайним; те саме можна припустити і про деякі типи збуджень у кристалах і тп (у тому й іншому випадку місце швидкості світла - займає інша величина).
  15. Це опис того становища, яке існує зараз. Звичайно ж, вони не означає принципової неможливості появи цілком достатньо мотивованих теорій, що включають екзотичні поля в майбутньому (втім, навряд чи слід вважати таку можливість і занадто ймовірною).

  Література

  • Ландау, Л. Д., Ліфшиц, Е. М.Теорія поля. - Видання 8-ме, стереотипне. – М.: Фізматліт, 2001. – 534 с. – («Теоретична фізика», том II). - ISBN 5-9221-0056-4.
  • Павлов У. П.// Фізична енциклопедія / Д. М. Алексєєв, А. М. Балдін, А. М. Бонч-Бруєвич, А. С. Боровик-Романов, Б. К. Вайнштейн, С. В. Вонсовський, А. В. Гапонов -Грехов, С.С. Герштейн, І.І. , Д. В. Ширков; за заг. ред. А. М. Прохорова. – М.: Радянська енциклопедія, 1994. – Т. 4. – 704 с. - 40000 прим.

  Уривок, що характеризує Поле (фізика)

  - Іменинниці дорогий з дітьми, - сказала вона своїм голосним, густим, пригнічуючим всі інші звуки голосом. - Ти що, старий гріховодник, - звернулася вона до графа, що цілував її руку, - чай, нудьгуєш у Москві? Собак ганяти ніде? Та що, батюшка, робити, ось як ці пташки підростуть... - Вона вказувала на дівчат. – Хочеш – не хочеш, треба наречених шукати.
  – Ну що, козаку мій? (Марія Дмитрівна козаком називала Наташу) - говорила вона, пестячи рукою Наташу, що підходила до її руки без страху і весело. – Знаю, що зілля дівка, а люблю.
  Вона дістала з величезного рідикюля яхонтові сережки грушками і, віддавши їх Наташі, що іменинно сяяла і розрум'янилася, відразу ж відвернулась від неї і звернулася до П'єра.
  – Е, е! люб'язний! піди сюди, - сказала вона удавана тихим і тонким голосом. – Мабуть, любий…
  І вона грізно засукала рукави ще вище.
  П'єр підійшов, наївно дивлячись на неї через окуляри.
  - Підійди, підійди, любий! Я і батькові то твоєму правду одна говорила, коли він у разі був, а тобі і Бог велить.
  Вона помовчала. Всі мовчали, чекаючи на те, що буде, і відчуваючи, що була тільки передмова.
  - Добре, нічого сказати! гарний хлопчик!.. Батько на одрі лежить, а він бавиться, квартального на ведмедя верхи садить. Соромно, батюшка, соромно! Краще б на війну йшов.
  Вона відвернулась і подала руку графові, який ледве стримався.
  - Ну, що ж, до столу, я чай, настав час? – сказала Марія Дмитрівна.
  Попереду пішов граф із Марією Дмитрівною; потім графиня, яку повів гусарський полковник, потрібна людина, з яким Микола мав наздоганяти полк. Ганна Михайлівна – із Шиншиним. Берг подав руку Вірі. Усміхнена Жюлі Карагіна пішла з Миколою до столу. За ними йшли інші пари, що простяглися по всій залі, і позаду всіх поодинці діти, гувернери та гувернантки. Офіціанти заворушилися, стільці загриміли, на хорах заграла музика і гості розмістилися. Звуки домашньої музики графа замінилися звуками ножів та вилок, гомону гостей, тихих кроків офіціантів.
  На одному кінці столу на чолі сиділа графиня. Справа Марія Дмитрівна, ліворуч Ганна Михайлівна та інші гості. На іншому кінці сидів граф, ліворуч гусарський полковник, праворуч Шиншин та інші гості чоловічої статі. З одного боку довгого столу молодь старша: Віра поруч із Бергом, П'єр поруч із Борисом; з іншого боку – діти, гувернери та гувернантки. Граф із-за кришталю, пляшок і ваз із фруктами поглядав на дружину та її високий чепець із блакитними стрічками та старанно підливав вина своїм сусідам, не забуваючи і себе. Графіня так само, з-за ананасів, не забуваючи обов'язки господині, кидала значні погляди на чоловіка, якого лисина та обличчя, здавалося їй, своєю почервонінням різкіше відрізнялися від сивого волосся. На жіночому кінці йшло рівномірне лепетання; на чоловічому все голосніше і голосніше чулися голоси, особливо гусарського полковника, який так багато їв і пив, дедалі більше червонів, що граф уже ставив його в приклад іншим гостям. Берг з ніжною усмішкою говорив із Вірою про те, що кохання є почуття не земне, а небесне. Борис називав нового свого приятеля П'єра колишніх за столом гостей і переглядався з Наташею, що сиділа проти нього. П'єр мало говорив, озирався на нові обличчя і багато їв. Починаючи від двох супів, з яких він вибрав a la tortue, [черепаховий,] і кулеб'яки і до рябчиків він не пропускав жодної страви та жодного вина, яке дворецький у загорнутій серветкою пляшці таємничо висовував із-за плеча сусіда, примовляючи чи мадера», чи «угорське», чи «рейнвейн». Він підставляв першу-ліпшу з чотирьох кришталевих, з вензелем графа, чарок, що стояли перед кожним приладом, і пив із задоволенням, усе з більш і приємнішим виглядом поглядаючи на гостей. Наташа, що сиділа проти нього, дивилася на Бориса, як дивляться дівчатка тринадцяти років на хлопчика, з яким вони вперше щойно поцілувалися і якого вони закохані. Цей погляд її іноді звертався на П'єра, і йому під поглядом цієї смішної, жвавої дівчинки хотілося сміятися самому, не знаючи чого.
  Микола сидів далеко від Соні, біля Жюлі Карагіної, і знову з тією самою мимовільною посмішкою щось говорив з нею. Соня посміхалася парадно, але, мабуть, мучилася ревнощами: то блідне, то червоніло і всіма силами прислухалося до того, що говорили між собою Микола та Жюлі. Гувернантка неспокійно оглядалася, як би готуючись до відсічі, якби хтось надумав образити дітей. Гувернер німець намагався запам'ятати свої пологи страв, десертів і вин для того, щоб описати все докладно в листі до домашніх до Німеччини, і дуже ображався тим, що дворецький, з загорнутою в серветку пляшкою, обносив його. Німець хмурився, намагався показати вигляд, що він і не бажав отримати цього вина, але ображався тому, що ніхто не хотів зрозуміти, що вино треба було йому не для того, щоб угамувати спрагу, не з жадібності, а з сумлінної допитливості.

  На чоловічому кінці столу розмова дедалі більше пожвавлювалася. Полковник розповів, що маніфест про оголошення війни вже вийшов у Петербурзі, і що екземпляр, який він сам бачив, доставлений нині кур'єром головнокомандувачу.
  – І навіщо нас нелегка несе воювати з Бонапартом? – сказав Шиншин. - Він уже збив пиху з Австрії. Боюся, не прийшла б тепер наша черга.
  Полковник був щільним, високим і сангвінічним німцем, очевидно, служаком і патріотом. Він образився словами Шиншина.
  - А потім, ми лостий государ, - сказав він, вимовляючи е замість е і ' замість ь. - Потім, що імператор це знає. Він в маніфе сте сказав, що не може дивиться байдуже на небезпеки, що загрожують Росії, і що безпека імперії, гідність її і святість союзів, - сказав він, чомусь особливо налягаючи на слово «союзів», ніби у цьому була вся сутність справи.
  І з властивою йому непогрішною, офіційною пам'яттю він повторив вступні словаманіфесту… «і бажання, єдину і неодмінну мету государя складове: оселити в Європі на міцних підставах світ – вирішили його посунути нині частину війська за кордон і зробити для досягнення „наміру цього нові зусилля“.
  - Ось нащо, ми лости вий государ, - підсумував він, повчально випиваючи склянку вина і оглядаючись на графа за заохоченням.
  – Connaissez vous le proverbe: [Знаєте прислів'я:] «Єремо, Єремо, сидів би ти вдома, точив би свої веретени», – сказав Шиншин, морщачись і посміхаючись. - Cela nous convient a merveille. [Це нам до речі.] Вже на що Суворова – і того розбили, a plate couture, [на голову,] а де у нас Суворови тепер? Je vous demande un peu, [Питаю я вас,] – безперестанку перескакуючи з російської на Французька моваговорив він.
  — Ми повинні й битися до останнього краплі кров, — сказав полковник, ударяючи по столу, — і помере за свого імператора, і тоді все буде добре. А міркувати як можна (він особливо витягнув голос на слові «можна»), як можна менше, - закінчив він, знову звертаючись до графа. - Так старі гусари судимо, от і все. А ви як судите, молодий чоловік і молодий гусар? - додав він, звертаючись до Миколи, який, почувши, що йшлося про війну, залишив свою співрозмовницю і на всі очі дивився і всіма вухами слухав полковника.
  - Цілком з вами згоден, - відповів Микола, весь спалахнувши, крутячи тарілку і переставляючи склянки з таким рішучим і відчайдушним виглядом, ніби зараз він наражався на велику небезпеку, - я переконаний, що росіяни повинні вмирати або перемагати, - сказав він, сам відчуваючи так само, як і інші, після того як слово вже було сказано, що воно було надто захопленим і пихатим для справжнього випадку і тому незручно.
  - C'est bien beau ce que vous venez de dire, [Прекрасно! чудово те, що ви сказали,] - сказала Жюлі, що сиділа біля нього, зітхаючи. Соня затремтіла вся і почервоніла до вух, за вухами і до шиї і плечей, коли Микола говорив, П'єр прислухався до промов полковника і схвально закивав головою.
  - Це славно, - сказав він.
  - Справжній гусар, молода людина, - крикнув полковник, ударивши знову по столу.
  – Про що ви там галасуєте? – раптом почувся через стіл басистий голос Марії Дмитрівни. - Що ти по столу стукаєш? - звернулася вона до гусара, - на кого ти гарячкуєш? правда, думаєш, що тут перед тобою французи?
  - Я правду говорю, - посміхаючись, сказав гусар.
  - Все про війну, - через стіл прокричав граф. – Адже в мене син іде, Маріє Дмитрівно, син іде.
  – А у мене чотири сини в армії, а я не тужу. На все воля Божа: і на печі лежачи помреш, і в битві Бог помилує, – прозвучав без жодного зусилля, з того кінця столу густий голос Марії Дмитрівни.
  - Це так.
  І розмова знову зосередилася - жіноча на своєму кінці столу, чоловіча на своєму.
  – А от не спитаєш, – казав маленький брат Наташі, – а от не спитаєш!
  - Запитаю, - відповіла Наталка.
  Обличчя її раптом розгорілося, висловлюючи відчайдушну і веселу рішучість. Вона підвелася, запрошуючи поглядом П'єра, що сидів проти неї, прислухатися, і звернулася до матері:
  - Мама! - пролунав по всьому столу її дитячий грудний голос.
  - Що тобі? - спитала графиня злякано, але, по обличчю доньки побачивши, що це була витівка, суворо замахала їй рукою, роблячи загрозливий і негативний жест головою.
  Розмова притихла.
  - Мама! яке тістечко буде? – ще рішучіше, не зриваючись, пролунав голос Наташі.
  Графіня хотіла хмуритись, але не могла. Марія Дмитрівна погрозила товстим пальцем.
  - Козак, - промовила вона з погрозою.
  Більшість гостей дивилися на старших, не знаючи, як прийняти цю витівку.
  – Ось я тебе! – сказала графиня.
  - Мама! що тістечко буде? - Закричала Наташа вже сміливо і примхливо весело, вперед впевнена, що вибрик її буде прийнято добре.
  Соня та товстий Петя ховалися від сміху.
  - Ось і запитала, - прошепотіла Наталка маленькому братові та П'єру, на якого вона знову глянула.
  - Морозиво, тільки тобі не дадуть, - сказала Марія Дмитрівна.
  Наташа бачила, що боятися нема чого, і тому не побоялася й Марії Дмитрівни.
  – Маріє Дмитрівно? яке морозиво! Я вершкове не люблю.
  – Морквяне.
  - Ні, яке? Маріє Дмитрівно, яке? – майже кричала вона. - Я хочу знати!
  Марія Дмитрівна та графиня засміялися, і за ними всі гості. Всі сміялися не відповіді Марії Дмитрівни, але незбагненної сміливості та спритності цієї дівчинки, яка вміла і сміла так поводитися з Марією Дмитрівною.
  Наташа відстала лише тоді, коли їй сказали, що буде ананасне. Перед морозивом подали шампанське. Знову заграла музика, граф поцілувався з графинюшкою, і гості, встаючи, вітали графиню, через стіл цокалися з графом, дітьми та один з одним. Знову забігали офіціанти, загриміли стільці, і в тому ж порядку, але з червонішими обличчями, гості повернулися до вітальні та кабінету графа.

  Розсунули бостонні столи, склали партії, і гості графа розмістилися у двох вітальні, дивані та бібліотеці.
  Граф, розпустивши карти віялом, насилу утримувався від звички пообіднього сну і всьому сміявся. Молодь, підбурювана графинею, зібралася біля клавікорд та арфи. Жюлі перша, на прохання всіх, зіграла на арфі п'єску з варіаціями і разом з іншими дівчатами стала просити Наташу та Миколу, відомих своєю музичністю, заспівати що-небудь. Наталя, до якої звернулися як до великої, була, мабуть, цим дуже горда, але водночас і боялася.
  - Що співатимемо? - Запитала вона.
  – «Ключ», – відповів Микола.
  - Ну, давайте швидше. Борисе, йдіть сюди, – сказала Наталка. – А де ж Соня?
  Вона озирнулася і, побачивши, що її друга немає в кімнаті, побігла за нею.
  Вбігши в Соніну кімнату і не знайшовши там своєї подруги, Наташа пробігла в дитячу - і там не було Соні. Наталя зрозуміла, що Соня була в коридорі на скрині. Скриня в коридорі була місцем сумів жіночого молодого покоління будинку Ростових. Справді, Соня у своєму повітряному рожевому платті, приминаючи його, лежала ниць на брудній смугастій няниній перині, на скрині і, закривши обличчя пальчиками, плакала, тремтячи своїми оголеними плічками. Обличчя Наташі, жваве, цілий день іменинне, раптом змінилося: очі зупинилися, потім здригнулася її широка шия, кути губ опустилися.
  – Соня! що ти? Що, що з тобою? У у у!
  І Наталка, розпустивши свій великий рот і ставши зовсім поганою, заревіла, як дитина, не знаючи причин і тільки тому, що Соня плакала. Соня хотіла підняти голову, хотіла відповідати, але не могла і ще більше сховалась. Наташа плакала, присівши на синій перині та обіймаючи друга. Зібравшись із силами, Соня підвелася, почала втирати сльози та розповідати.
  – Ніколенька їде через тиждень, його… папір… вийшов… він сам мені сказав… Та я б усе не плакала… (вона показала папірець, який тримала в руці: то були вірші, написані Миколою) я б усе не плакала, але ти не можеш... ніхто не може зрозуміти... яка у нього душа.
  І вона знову почала плакати про те, що душа його була така гарна.
  – Тобі добре… я не заздрю… я тебе кохаю, і Бориса теж, – говорила вона, трохи зібравшись, – він милий… для вас немає перешкод. А Миколай мені cousin... треба... сам митрополит... і то не можна. І потім, якщо матінці ... (Соня графиню і вважала і називала матір'ю), вона скаже, що я псую кар'єру Миколи, у мене немає серця, що я невдячна, а право ... ось їй Богу ... (Вона перехрестилася) я так люблю і її , і всіх вас, тільки Віра одна... За що? Що я зробила? Я така вдячна вам, що рада б усім пожертвувати, та мені нічим…
  Соня не могла більше говорити і знову сховала голову в руках та перині. Наташа починала заспокоюватися, але по обличчю її було видно, що вона розуміла всю важливість горя свого друга.
  – Соня! - сказала вона раптом, ніби здогадавшись про справжню причину прикрості кузини. - Правильно, Віра з тобою говорила по обіді? Так?
  - Так, ці вірші сам Микола написав, а я списала ще інші; вона і знайшла їх у мене на столі і сказала, що й покаже їх матінці, і ще говорила, що я невдячна, що матінка ніколи не дозволить йому одружитися зі мною, а він одружиться з Жюлі. Ти бачиш, як він із нею цілий день… Наташа! За що?…
  І знову вона заплакала гірше за колишнє. Наталя підняла її, обійняла і, посміхаючись крізь сльози, почала її заспокоювати.
  - Соня, ти не вір їй, душенько, не вір. Пам'ятаєш, як ми всі втрьох говорили з Ніколенькою у дивані; пам'ятаєш, після вечері? Адже ми вирішили, як буде. Я вже не пам'ятаю як, але, пам'ятаєш, як було все гаразд і все можна. Ось дядечки Шиншина брат одружений на двоюрідній сестрі, а ми ж троюрідні. І Борис казав, що це вельми можна. Ти знаєш, я йому все сказала. А він такий розумний і такий гарний, – говорила Наталка… – Ти, Соня, не плач, голубчику милий, душенька, Соня. - І вона цілувала її, сміючись. – Віра зла, Бог із нею! А все буде добре, і матусі вона не скаже; Ніколенька сам скаже, і він і не думав про Жюлю.
  І вона цілувала її на думку. Соня підвелася, і кошеня пожвавішало, очі заблищали, і він готовий був, здавалося, ось ось змахнути хвостом, зістрибнути на м'які лапки і знову заграти з клубком, як йому і було пристойно.
  - Ти думаєш? Право? Їй Богу? - Сказала вона, швидко оправляючи сукню і зачіску.
  - Право, їй Богу! - Відповідала Наташа, огортаючи своєму другу під косою пасма жорсткого волосся, що вибилося.
  І вони обидві засміялися.
  - Ну, підемо співати "Ключ".
  - Ходімо.
  - А знаєш, цей товстий П'єр, що проти мене сидів, такий смішний! - сказала раптом Наталка, зупиняючись. - Мені дуже весело!
  І Наталка побігла коридором.
  Соня, обтрушивши пух і сховавши вірші за пазуху, до шиї з виступаючими кістками грудей, легкими, веселими кроками, з розчервонілим обличчям, побігла слідом за Наталкою коридором у диван. На прохання гостей молоді люди заспівали квартет «Ключ», який дуже сподобався всім; потім Микола заспівав знову вивчену ним пісню.
  У приємну ніч, при місячному світлі,
  Уявити щасливо собі,
  Що хтось є ще на світі,
  Хто думає і про тебе!
  Що і вона, рукою прекрасною,
  По арфі золотий бродячий,
  Своєю пристрасною гармонією
  Зве до себе, кличе тебе!
  Ще день, два, і рай настане.
  Але ох! твій друг не доживе!
  І він не достиг ще останніх слів, коли в залі молодь приготувалася до танців і на хорах застукали ногами та закашляли музиканти.

  П'єр сидів у вітальні, де Шиншин, як із приїжджим із-за кордону, завів з ним нудну для П'єра політичну розмову, до якої приєдналися й інші. Коли заграла музика, Наташа увійшла у вітальню і, підійшовши прямо до П'єра, сміючись і червоніючи, сказала:
  - Мама наказала вас просити танцювати.
  - Я боюся сплутати фігури, - сказав П'єр, - але якщо ви хочете бути моїм учителем.
  І він подав свою товсту руку, низько опускаючи її, тоненькій дівчинці.
  Поки розставлялися пари і будували музики, П'єр сів зі своєю маленькою дамою. Наталя була щаслива; вона танцювала з великим, з тим, хто приїхав з-за кордону. Вона сиділа на очах у всіх і розмовляла з ним, як велика. У неї в руці було віяло, яке їй дала потримати одна панночка. І, прийнявши саму світську позу (Бог знає, де і коли вона цьому навчилася), вона, обмахуючись віялом і посміхаючись через віяло, говорила зі своїм кавалером.
  - Яка, яка? Дивіться, дивіться, – сказала стара графиня, проходячи через залу та вказуючи на Наташу.
  Наталя почервоніла і засміялася.
  - Ну що ви, мамо? Що вам за полювання? Що ж тут дивовижного?

  У середині третього екосезу заворушилися стільці у вітальні, де грали граф і Марія Дмитрівна, і більшість почесних гостей і дідки, потягуючись після довгого сидіння і вкладаючи в кишені гаманці і гаманці, виходили в двері зали. Попереду йшла Марія Дмитрівна з графом – обоє з веселими обличчями. Граф із жартівливою ввічливістю, як то по балетному, подав округлену руку Марії Дмитрівні. Він випростався, і обличчя його осяялося особливою молодецьки хитрою посмішкою, і щойно дотанцювали останню постать екосезу, він ударив у долоні музикантам і закричав на хори, звертаючись до першої скрипки:
  – Семене! Данило Купора знаєш?
  То був улюблений танець графа, танцюваний ним ще в молодості. (Данило Купор була власне одна фігура англеза.)
  - Дивіться на тата, - закричала на всю залу Наталка (забувши, що вона танцює з великим), пригинаючи до колін свою кучеряву голівку і заливаючись своїм дзвінким сміхом по всій залі.
  Справді, все, що тільки було в залі, з усмішкою радості дивилося на веселого дідуся, який поруч із своєю сановитою дамою, Марією Дмитрівною, що була вище його зростанням, округляв руки, в такт трусячи ними, розправляв плечі, вивертав ноги, злегка притопив. і усмішкою, що все більше і більше розпускалася, на своєму круглому обличчі готував глядачів до того, що буде. Щойно зачулися веселі, зухвалі звуки Данила Купора, схожі на веселого трепачка, всі двері зали раптом залишилися з одного боку чоловічими, з іншого – жіночими усміхненими обличчями дворових, що вийшли подивитися на пана, що веселився.
  - Батюшка-то наш! Орел! - Промовила голосно няня з одного двері.
  Граф танцював добре і знав це, але його дама зовсім не вміла і не хотіла добре танцювати. Її величезне тіло стояло прямо з опущеними вниз потужними руками (вона передала рідікюль графині); тільки одне строге, але гарне обличчя її танцювало. Що виражалося у всій круглій постаті графа, у Марії Дмитрівни виражалося лише в більш і більше усміхненому обличчі і носі, що скупав. Але зате, якщо граф, все більше і більше розходячись, полонив глядачів несподіванкою спритних викруток і легких стрибків своїх м'яких ніг, Мар'я Дмитрівна найменшою старанністю при русі плечей або заокругленні рук у поворотах і притупування, справляла не менше враження за заслугою, яку цінував всякий при її огрядності та постійної суворості. Стрибок пожвавлювався дедалі більше. Візаві не могли ні на хвилину привернути до себе увагу і навіть не намагалися про те. Все було зайнято графом та Марією Дмитрівною. Наташа смикала за рукава і сукню всіх присутніх, які й без того не зводили очей з танців, і вимагала, щоб дивилися на татко. Граф у проміжках танцю тяжко переводив дух, махав і кричав музикантам, щоб вони грали швидше. Скоріше, швидше і швидше, лише, тільки розгортався граф, то навшпиньки, то на підборах, носячись навколо Марії Дмитрівни і, нарешті, повернувши свою даму до її місця, зробив останнє па, піднявши ззаду догори свою м'яку ногу, схиливши спітнілу. голову з усміхненим обличчям і округло розмахнувши правою рукою серед гуркоту оплесків і реготу, особливо Наташі. Обидва танцюючі зупинилися, важко переводячи подих і втираючись батистовими хустками.
  - Ось як у наш час танцювали, ma chere, - сказав граф.
  – Ай та Данило Купор! – тяжко і довго випускаючи дух і засукуючи рукави, сказала Марія Дмитрівна.

  У той час як у Ростових танцювали в залі шостий англез під звуки від втоми фальшивих музикантів, і втомлені офіціанти та кухарі готували вечерю, з графом Безухим став шостий удар. Лікарі оголосили, що надії до одужання немає; хворому дана була глуха сповідь та причастя; робили приготування для соборування, і в будинку була метушня і тривога очікування, звичайні в такі хвилини. Поза домом, за воротами юрмилися, ховаючись від екіпажів, що під'їжджали, трунарі, чекаючи багатого замовлення на похорон графа. Головнокомандувач Москви, який безперестанку надсилав ад'ютантів дізнаватися про становище графа, цього вечора сам приїжджав попрощатися зі знаменитим Катерининським вельможею, графом Безухим.
  Чудова приймальня була повна. Всі шанобливо встали, коли головнокомандувач, пробувши близько півгодини наодинці з хворим, вийшов звідти, злегка відповідаючи на поклони і намагаючись якнайшвидше пройти повз спрямовані на нього погляди лікарів, духовних осіб і родичів. Князь Василь, схудлий і зблідлий за ці дні, проводжав головнокомандувача і щось кілька разів тихо повторив йому.
  Провівши головнокомандувача, князь Василь сів у залі один на стілець, закинувши високо ногу на ногу, на коліна впираючи лікоть і рукою заплющивши очі. Посидівши так кілька часу, він підвівся і незвично поспішними кроками, озираючись навкруги переляканими очима, пішов через довгий коридор на задню половину будинку, до старшої князівни.
  Нерівним шопотом, що знаходилися в слабко освітленій кімнаті, говорили між собою і замовкали щоразу і повними запитання та очікування очима оглядалися на двері, які вели в покої вмираючого і видавали слабкий звук, коли хтось виходив з неї або входив у неї.
  - Межа людська, - говорив дідок, духовне обличчя, дамі, що підсіла до нього і наївно слухала його, - межа покладена, його ж не перейдеш.
  – Я гадаю, чи не пізно соборувати? - Додаючи духовний титул, питала жінка, ніби не маючи з цього приводу жодної своєї думки.
  – Таїнство, матінко, велике, – відповідало духовне обличчя, проводячи рукою по лисині, по якій пролягало кілька пасм зачесаного напівсивого волосся.
  - Це хто ж? сам головнокомандувач був? - Запитували в іншому кінці кімнати. - Який молодий!
  – А сьомий десяток! Що, кажуть, граф щось не впізнає? Чи хотіли соборувати?
  – Я одного знав: сім разів соборувався.
  Друга княжна тільки-но вийшла з кімнати хворого з заплаканими очима і сіла біля доктора Лоррена, який у граціозній позі сидів під портретом Катерини, спершись на стіл.
  - Tres beau, - говорив лікар, відповідаючи на запитання про погоду, - tres beau, princesse, et puis, Moscou on se croit a la campagne. [прекрасна погода, княжна, і потім Москва так схожа на село.]
  — N est ce pas? — сказала княжна, зітхаючи. — То можна йому пити?
  Лоррен замислився.
  - Він прийняв ліки?
  – Так.
  Лікар подивився на брегет.
  – Візьміть склянку відвареної води та покладіть une pincee (він своїми тонкими пальцями показав, що означає une pincee) de cremortartari… [Щіпку кремортартару…]
  - Не пило слухай, - говорив німець лікар ад'ютанту, - щопі з третій удар шиття залишався.
  – А який свіжий був чоловік! – говорив ад'ютант. - І кому піде це багатство? – додав він пошепки.
  - Окітник знайдуться, - усміхаючись, відповів німець.
  Всі знову озирнулися на двері: вони рипнули, і друга князівна, зробивши питво, показане Лорреном, понесла його хворому. Німець лікар підійшов до Лоррена.

  Польова змінна може розглядатися формально подібно до того, як у звичайній квантовій механіці розглядається просторова координата, і польовий змінної зіставляється квантовий оператор відповідної назви.

  Польова парадигма, що представляє всю фізичну реальність на фундаментальному рівні, що зводиться до невеликої кількості взаємодіючих (квантованих) полів, є не лише однією з найважливіших у сучасній фізиці, але, мабуть, безумовно чільної.

  Найпростіше наочно уявити собі поле (коли йдеться, наприклад, про фундаментальні поля, що не мають очевидної безпосередньої механічної природи) як обурення (відхилення від рівноваги, рух) деякого (гіпотетичного або просто уявного) суцільного середовища, що заповнює весь простір. Наприклад, як деформацію пружного середовища, рівняння руху якого збігаються з або близькі до польових рівнянь того абстрактнішого поля, яке ми хочемо наочно собі уявити. Історично таке середовище називалося ефіром, однак згодом термін практично повністю вийшов із вживання, а його фізична змістовна частина, що розуміється, злилася з самим поняттям поля. Тим не менш, для принципового наочного розуміння концепції фізичного поля загалом таке уявлення корисне, з урахуванням того, що в рамках сучасної фізики такий підхід зазвичай приймається за великим рахунком лише на правах ілюстрації.

  Фізичне поле, таким чином, можна характеризувати як розподілену динамічну систему, що має нескінченне число ступенів свободи.

  Роль польової змінної для фундаментальних полів часто грає потенціал (скалярний, векторний, тензорний), іноді величина, звана напруженістю поля. (Для квантованих полів у певному сенсі узагальненням класичного поняття польової змінної також є відповідний оператор).

  Також полему фізиці називають фізичну величину, що розглядається як залежна від місця: як повний набір, взагалі кажучи, різних значень цієї величини для всіх точок деякого протяжного безперервного тіла - суцільного середовища, що описує у своїй сукупності стан або рух цього протяжного тіла. Прикладами таких полів може бути:

  • температура (взагалі кажучи різна в різних точках, а також і в різні моменти часу) в деякому середовищі (наприклад, кристалі, рідині або газі) - (скалярне) поле температури,
  • швидкість всіх елементів деякого об'єму рідини - векторне поле швидкостей,
  • Векторне поле зсувів та тензорне поле напруги при деформації пружного тіла.

  Динаміка таких полів також описується диференціальними рівняннями у приватних похідних, і історично першими, починаючи з XVIII століття, у фізиці розглядалися саме такі поля.

  Сучасна концепція фізичного поля виросла з ідеї електромагнітного поля, вперше усвідомленої у фізично конкретному і порівняно близькому до сучасного вигляду Фарадеєм, математично ж послідовно реалізованої Максвеллом – спочатку з використанням механічної моделі гіпотетичного суцільного середовища – ефіру, але потім вийшла за рамки використання механічної моделі.

  Фундаментальні поля

  Серед полів у фізиці виділяють звані фундаментальні. Це поля, які, згідно з польовою парадигмою сучасної фізики, становлять основу фізичної картини світу, всі інші поля та взаємодії з них виводяться. Включають два основні класи полів, що взаємодіють один з одним:

  • фундаментальні ферміонні поля , що насамперед представляють фізичну основу опису речовини ,
  • фундаментальні бозонні поля (включаючи гравітаційне, що являє собою тензорне калібрувальне поле), що є розширенням та розвитком концепції максвеллівського електромагнітного та ньютоновського гравітаційного полів; ними будується теорія.

  Існують теорії (наприклад, теорія струн, різні інші теорії об'єднання), в яких роль фундаментальних полів займають дещо інші, ще більш фундаментальні з точки зору цих теорій, поля або об'єкти (а нинішні фундаментальні поля з'являються або повинні з'являтися в цих теоріях у деякому наближенні як "феноменологічне" слідство). Однак поки що такі теорії не є достатньо підтвердженими або загальноприйнятими.

  Історія

  Історично серед фундаментальних полів спочатку були відкриті (саме як фізичні поля) поля, відповідальні за електромагнітне (електричне і магнітне поля, потім об'єднані в електромагнітне поле), і гравітаційна взаємодія. Ці поля були відкриті та досить детально вивчені вже у класичній фізиці. Спочатку ці поля (в рамках ньютонівської теорії тяжіння, електростатики та магнітостатики) виглядали для більшості фізиків швидше як формальні математичні об'єкти, що вводяться для формальної ж зручності, а не як повноцінна фізична реальність, незважаючи на спроби більш глибокого фізичного осмислення, що залишалися однак досить туманними або не приносять надто суттєвих плодів. Але починаючи з Фарадея і Максвелла підхід до поля (в даному випадку - до електромагнітного поля) як до змістовної фізичної реальності став застосовуватися систематично і дуже плідно, включаючи і суттєвий прорив у математичному оформленні цих ідей.

  З іншого боку, у міру розвитку квантової механіки ставало дедалі зрозуміліше, що речовина (частки) має властивості, які теоретично властиві саме полям.

  Сучасний стан

  Таким чином, виявилося, що фізична картина світу може бути зведена у своєму фундаменті до квантованих полів та їхньої взаємодії.

  Якоюсь мірою, головним чином у рамках формалізму інтегрування по траєкторіях і діаграм Фейнмана, відбувся і протилежний рух: поля стало можна помітно представити як майже класичні частинки (точніше - як суперпозицію нескінченної кількості рухомих по всіх мислимих траєкторіях майже класичних частинок) , а взаємодія полів друг з одним - як народження і поглинання частками одне одного (теж із суперпозицією всіх можливих варіантів такого). І хоча цей підхід дуже гарний, зручний і дозволяє багато в чому психологічно повернутися до уявлення про частинку, що має цілком певну траєкторію, він, проте, не може скасувати польовий погляд на речі і навіть не є повністю симетричною альтернативою йому (а тому все ж таки ближче до красивого, психологічно і практично зручного, але все ж таки всього лише формального прийому, ніж до повністю самостійної концепції). Справа тут у двох ключових моментах:

  1. процедура суперпозиції ніяк «фізично» не зрозуміла в рамках по-справжньому класичних частинок, вона просто додаєтьсядо майже класичної «корпускулярної» картини, не будучи її органічним елементом; водночас із польової точки зору ця суперпозиція має ясну та природну інтерпретацію;
  2. сама частка, що рухається по одній окремої траєкторії у формалізмі інтеграла по траєкторіях, хоча і дуже схожа на класичну, але все-таки класична не до кінця: до звичайного класичного руху по певній траєкторії з певним імпульсом і координатою в кожний конкретний момент навіть для однієї- єдиної траєкторії - доводиться додавати зовсім чуже для цього підходу в його чистому вигляді поняття фази (тобто деякої хвильової властивості), і цей момент (хоча він дійсно зведений до мінімуму і про нього досить легко просто не думати) також не має якоїсь органічної внутрішньої інтерпретації; а в рамках звичайного польового підходу така інтерпретація знову є і вона знову органічна.

  Таким чином, можна зробити висновок, що підхід інтегрування по траєкторіях є хоча і дуже психологічно зручна (адже, скажімо, точкова частка з трьома ступенями свободи набагато простіше, ніж нескінченномірне поле, яке її описує) і довела практичну продуктивність, але все ж таки лише якась переформулювання, Нехай і досить радикальна, польова концепція, а не її альтернатива.

  І хоча словами на цій мові все виглядає дуже «корпускулярно» (наприклад: «взаємодія заряджених частинок пояснюються обміном іншою частинкою - переносником взаємодії» або «взаємне відштовхування двох електронів обумовлено обміном між ними віртуальним фотоном»), проте за цим стоять такі типово польові реальності, як поширення хвиль, нехай і досить добре заховані задля створення ефективної схеми обчислень, та багато в чому даючи додаткові можливості якісного розуміння.

  Список фундаментальних полів

  Фундаментальні бозонні поля (поля – переносники фундаментальних взаємодій)

  Ці поля в рамках стандартної моделі є калібрувальними полями. Відомі такі їх типи:

  • Електрослабке
    • Електромагнітне поле (див. тж. Фотон)
    • Поле - переносник слабкої взаємодії (див. тж. W- та Z-бозони)
  • глюонне поле (див. тж. Глюон)

  Гіпотетичні поля

  Гіпотетичними в широкому сенсі можна вважати будь-які теоретичні об'єкти (наприклад, поля), які описуються теоріями, що не містять внутрішніх суперечностей, явно не суперечать спостереженням і здатними в той же час дати наслідки, що дозволяють зробити вибір на користь цих теорій порівняно з тими, які прийняті зараз. Нижче ми будемо говорити (і це в цілому відповідає звичайному розумінню терміна) в основному про гіпотетичність у цьому більш вузькому і строгому сенсі, що передбачає обґрунтованість та фальсифікованість припущення, яке ми називаємо гіпотезою.

  У теоретичній фізиці розглядається безліч різних гіпотетичних полів, кожне з яких є належністю цілком конкретної певної теорії (за своїм типом і математичними властивостями ці поля можуть бути зовсім або майже такими, як відомі не гіпотетичні поля, а можуть більш-менш сильно відрізнятися; тому й іншому випадку під їх гіпотетичності мають на увазі те, що вони поки не спостерігалися в реальності, не були виявлені експериментально, щодо частини гіпотетичних полів може стояти питання про те, чи можуть вони спостерігатися в принципі, і чи можуть вони взагалі існувати - наприклад, якщо теорія, в якій вони є, раптом виявиться внутрішньо суперечливою).

  Питання про те, що слід вважати критерієм, що дозволяє перенести якесь конкретне поле з розряду гіпотетичних у розряд реальних, досить тонкий, оскільки підтвердження тієї чи іншої теорії та реальності тих чи інших об'єктів, що в ній містяться, бувають часто більш-менш непрямими. У цьому випадку справа зводиться зазвичай до якоїсь розумної угоди наукової спільноти (члени якої більш-менш детально усвідомлюють, про який ступінь підтвердженості насправді йдеться).

  Навіть у теоріях, які вважаються досить добре підтвердженими, знаходиться місце гіпотетичним полям (тут йдеться про те, що різні частини теорії перевірені з різним ступенем ретельності, і деякі поля, що грають у них у принципі важливу роль, доки не виявилися в експерименті досить точно, тобто поки виглядають саме як гіпотеза, придумана для тих чи інших теоретичних цілей, у той час як інші поля, що фігурують у тій самій теорії, вивчені вже досить добре, щоб говорити про них як реальність).

  Прикладом такого гіпотетичного поля є поле Хіггса , що є важливим у Стандартній моделі , решта поля якої аж ніяк не є гіпотетичними, а сама модель, нехай і з неминучими застереженнями, вважається описує реальність (принаймні, настільки, наскільки реальність відома).

  Існує безліч теорій, що містять поля, які (поки що) ніколи не спостерігалися, а іноді самі ж ці теорії дають такі оцінки, що їх гіпотетичні поля мабуть (через слабкість їх прояву, що випливає з самої теорії) і не можуть у принципі бути виявлені в найближчому майбутньому (наприклад, торсіонне поле). Такі теорії (якщо не містять, крім практично неперевірених, ще й достатньої кількості легше перевірених наслідків) не розглядаються як такі, що представляють практичний інтерес, якщо не спливе якийсь нетривіальний новий спосіб їх перевірки, що дозволяє обійти очевидні обмеження. Іноді (як, наприклад, у багатьох альтернативних теоріях гравітації - наприклад, поле Дікке) вводяться такі гіпотетичні поля, про силу прояву яких сама теорія взагалі не може нічого сказати (наприклад, константа зв'язку цього поля з іншими невідома і може бути як досить великий , Так і скільки завгодно малої); з перевіркою таких теорій зазвичай також не поспішають (оскільки таких теорій багато, а своєї корисності кожна з них нічим не довела, і навіть формально нефальсифікується), за винятком випадків, коли якась із них не починає з якихось причин здаватися перспективною для дозволу якихось поточних труднощів (втім, від відсіювання теорій виходячи з нефальсифицируемости - особливо через невизначених констант - тут іноді відмовляються, оскільки серйозна добротна теорія іноді то, можливо перевірена у надії, що її ефект виявиться, хоча гарантій цього немає; особливо це вірно, коли теорій-кандидатів взагалі трохи або деякі з них виглядають особливо фундаментально цікавими, також - у випадках, коли можна перевіряти теорії широкого класу все відразу за відомими параметрами, не витрачаючи спеціальних зусиль на перевірку кожної окремо).

  Слід також зауважити, що прийнято називати гіпотетичними лише такі поля, які зовсім не мають проявів (або мають їх недостатньо, як у випадку з полем Хігса). Якщо ж існування фізичного поля твердо встановлено за його спостеріганими проявами, і йдеться лише про поліпшення його теоретичного опису (наприклад, про заміну ньютоновського гравітаційного поля на полі метричного тензора в ОТО), то говорити про те чи інше як про гіпотетичні зазвичай не прийнято ( хоча для ранньої ситуації у ВТО можна було говорити про гіпотетичний характер тензорної природи гравітаційного поля).

  На закінчення згадаємо про такі поля, сам тип яких досить незвичайний, тобто теоретично цілком мислимо, але ніякі поля подібних типів ніколи не спостерігалися на практиці (а в деяких випадках на ранніх етапах розвитку їх теорії могли виникати і сумніви в її несуперечності). До таких, перш за все, слід віднести тахійні поля. Власне, тахіонні поля можна назвати скоріше лише потенційно гіпотетичними (тобто такими, що не досягають статусу. обґрунтованого припущення), так як відомі конкретні теорії, в яких вони відіграють більш менш істотну роль, наприклад, теорія струн, самі не досягли статусу досить підтверджених.

  Ще більш екзотичні (наприклад, лоренц-неінваріантні - що порушують принцип відносності) поля (при тому, що абстрактно-теоретично цілком мислимі) у сучасній фізиці можна віднести до тих, хто вже досить далеко за рамками аргументованого припущення, тобто, строго кажучи, їх не розглядають навіть як

  
  
  
  Як бути романтичним з дівчиною.

  Світлофор: кольори по порядку, опис та значення