¿Qué es un campo físico? ¿Es posible visualizarlo mediante imágenes sencillas y accesibles a nuestro entendimiento? ¿Cómo se relaciona con las ideas sobre partículas de materia?
La idea más simple de campo viene dada por un medio continuo, por ejemplo agua, que llena una determinada área del espacio (o todo el espacio). Este medio puede tener, por ejemplo, diferentes densidades o temperaturas en diferentes puntos y moverse de manera diferente. Es una propiedad física específica del medio, diferente en diferentes puntos y accesible para mediciones, la que determina físicamente el campo. En este sentido, se distinguen un campo de temperatura, un campo de velocidades, un campo de fuerzas, etc.
En términos filosóficos, la división del mundo en cuerpos y partículas, por un lado, y un medio continuo, campo y espacio vacío, por el otro, corresponde a la identificación de dos propiedades extremas del mundo: su discreción y continuidad.
Discreción significa "granularidad", la divisibilidad final de la estructura espacio-temporal y el estado de un objeto u objeto, sus propiedades y formas de movimiento (saltos), mientras que la continuidad expresa la unidad, integridad e indivisibilidad del objeto, el hecho mismo de su existencia estable. Para lo continuo no existen límites para lo divisible.
En matemáticas, estas categorías filosóficas corresponden a un conjunto discreto de números naturales y un conjunto continuo (continuo) de números reales. Para una descripción espaciotemporal precisa de las propiedades de un medio (y campo) continuo, se desarrolló una rama especial de las matemáticas.
Las propiedades discretas y continuas del mundo en el marco de la física clásica aparecen inicialmente como opuestas, separadas e independientes entre sí, aunque en general complementan la idea general del mundo. Y sólo el desarrollo del concepto de campo, principalmente para describir los fenómenos electromagnéticos, permitió comprender su unidad dialéctica. En la teoría cuántica moderna, esta unidad de los opuestos de discreto y continuo ha encontrado una justificación física y matemática más profunda en el concepto. dualidad onda-partícula.
Después del advenimiento de la teoría cuántica de campos, la idea de interacción cambió significativamente. Según esta teoría, cualquier campo no es continuo, sino que tiene una estructura discreta. Por ejemplo, la interacción electromagnética en la teoría cuántica de campos es el resultado del intercambio de partículas. fotones– cuantos del campo electromagnético, es decir, los fotones son portadores de este campo. De manera similar, otros tipos de interacción surgen como resultado del intercambio de partículas por cuantos de los campos correspondientes. Por ejemplo, se supone que los gravitones participan en la interacción gravitacional (su existencia aún no ha sido confirmada experimentalmente).
Según el concepto de campo, las partículas que participan en la interacción crean un estado especial en cada punto del espacio que las rodea: un campo de fuerzas, que se manifiesta en la influencia de la fuerza sobre otras partículas ubicadas en algún punto de este espacio. Inicialmente se propuso una interpretación mecánica del campo como tensiones elásticas del hipotético medio del “éter”. La teoría de la relatividad, habiendo rechazado el "éter" como medio elástico especial, al mismo tiempo dio un significado fundamental al concepto de campo como realidad física primaria.
En la física cuántica moderna, un nuevo tipo posible de materia puede reclamar el papel del "éter": vacío físico. Las primeras ideas al respecto las dio uno de los creadores de la teoría cuántica de campos, el físico inglés P. Dirac (el llamado “mar de Dirac”). Aunque no vemos directamente el vacío (es transparente a la radiación electromagnética y no ofrece ninguna resistencia al movimiento de partículas y cuerpos materiales), aún así puede aparecer cuando las mismas partículas u ondas electromagnéticas (gamma cuantos) que tienen suficiente energía interactuar con él. Si esta energía excede el doble de la energía en reposo de, por ejemplo, un electrón, entonces el cuanto gamma, en presencia de otra partícula (núcleo atómico), puede, habiendo desaparecido, dar a luz un par electrón-positrón, como si " arrancado” del vacío. Hay otras pruebas a favor del vacío físico.
En la historia de la física de los últimos 300 años, se han propuesto al menos cuatro conceptos diferentes de "éter": el espacio absoluto de Newton, el éter luminífero de Huygens, el éter gravitacional de Einstein y el vacío físico de Dirac. Sólo el futuro mostrará hasta qué punto se justifica la intuición de los físicos sobre la existencia de un medio especial en la naturaleza: el vacío físico.
Cuando el investigador llega al escenario.
en el que deja de ver detrás
bosque arbolado, él también de buena gana
tiende a resolver esta dificultad
pasando al estudio de las hojas individuales.
Lanceta
¿Cuáles son los enfoques corpuscular y continuo para describir diversos objetos naturales? ¿Qué es un campo en el sentido amplio de la palabra? ¿Para describir qué objetos se utiliza el concepto de campo? ¿Cómo se puede visualizar un campo?
lección-conferencia
Descripción corpuscular y continua de objetos naturales.. Desde la antigüedad ha habido dos ideas opuestas sobre la estructura del mundo material. Uno de ellos, el concepto de continuo de Anaxágoras-Aristóteles, se basó en la idea de continuidad, homogeneidad interna. La materia, según este concepto, puede dividirse indefinidamente, y éste es un criterio para su continuidad. Al llenar por completo todo el espacio, la materia "no deja ningún vacío dentro de sí misma".
Otra idea, el concepto atomista o corpuscular de Leucipo-Demócrito, se basaba en la discreción de la estructura espacio-temporal de la materia. Reflejaba la confianza del hombre en la posibilidad de dividir los objetos materiales en partes hasta un cierto límite: hasta los átomos, que en su infinita diversidad (en tamaño, forma, orden) se combinan de diversas maneras y dan origen a toda la variedad de objetos. y fenómenos del mundo real. Con este enfoque, una condición necesaria para el movimiento y combinación de átomos reales es la existencia de espacio vacío. Así, el mundo corpuscular de Leucipo-Demócrito está formado por dos principios fundamentales: los átomos y el vacío, y la materia tiene una estructura atómica.
Lo miro y no lo veo, y por eso lo llamo invisible. Lo escucho y no lo oigo, y por eso lo llamo inaudible. Intento agarrarlo y no puedo alcanzarlo, por eso lo llamo el más pequeño. No hay necesidad de esforzarse por descubrir la fuente de esto, porque es una.
¿Cuál crees que es el vínculo entre la imagen del cuadro, la cita y el título del párrafo?
Pablo Signac. Pino. San tropez
Las ideas modernas sobre la naturaleza del micromundo combinan ambos conceptos.
Sistema como conjunto de partículas (descripción corpuscular). ¿Cómo podemos describir el mundo de las partículas discretas basándonos en conceptos clásicos?
Miremos el sistema solar como ejemplo. En el modelo más simple, cuando los planetas se consideran puntos materiales, para la descripción basta con especificar las coordenadas de todos los planetas. Un conjunto de coordenadas en un determinado sistema de referencia se denota de la siguiente manera: (x 1 (t), y 1 (t), z 1 (t)); aquí el índice i numera los planetas y el parámetro t denota la dependencia de estas coordenadas con el tiempo. El establecimiento de todas las coordenadas en función del tiempo determina completamente la configuración de los planetas del Sistema Solar en un momento dado.
Si queremos refinar nuestra descripción, necesitamos especificar parámetros adicionales, como los radios de los planetas, sus masas, etc. Cuanto más exactamente queramos describir el Sistema Solar, más parámetros diferentes debemos considerar para cada planeta.
Al describir un sistema discreto (corpuscular), es necesario establecer varios parámetros que caracterizan a cada uno de los componentes del sistema. Si estos parámetros dependen del tiempo, se debe tener en cuenta esta dependencia.
Sistema como objeto continuo (descripción continua). Volviendo al epígrafe al comienzo del párrafo, consideremos ahora un sistema como un bosque. Sin embargo, para caracterizar el bosque, no tiene sentido enumerar todos los representantes de la flora y la fauna de un bosque determinado. Y no sólo porque sea una tarea demasiado tediosa, si no imposible. Los leñadores, los recolectores de setas, los militares y los ecologistas están interesados en otra información. ¿Cómo construir un modelo adecuado para describir este sistema?
Por ejemplo, los intereses de los madereros pueden tenerse en cuenta considerando la cantidad promedio (en m 3) de madera comercial por kilómetro cuadrado de bosque en un área determinada. Denotamos esta cantidad por M. Como depende del área que se está considerando, introducimos las coordenadas xey que caracterizan el área, y denotamos la dependencia de M de las coordenadas en función de M(x,y). Finalmente, el valor de M depende del tiempo (algunos árboles crecen, otros se pudren, se producen incendios, etc.). Por tanto, para una descripción completa es necesario conocer la dependencia de esta cantidad con el tiempo M(x,y,t). Entonces los valores se pueden estimar de forma realista, aunque aproximada, basándose en la observación del bosque.
Pongamos otro ejemplo. El flujo de agua es el movimiento mecánico de partículas de agua e impurezas. Sin embargo, es simplemente imposible describir el flujo mediante el método corpuscular: un litro de agua contiene más de 10 25 moléculas. Para caracterizar el flujo de agua en diferentes puntos del área del agua, es necesario conocer la velocidad a la que se mueven las partículas de agua en un punto determinado, es decir, la función v(x, y, z, t) (La variable t significa que la velocidad puede depender del tiempo, por ejemplo cuando el nivel del agua sube durante una inundación).
Arroz. 11. Fragmento de mapa topográfico que muestra: líneas de iguales alturas (a); imagen de colinas y depresiones (b)
También se puede encontrar una representación visual del campo vectorial en un mapa geográfico: estas son líneas actuales que corresponden al campo de velocidad del fluido. La velocidad de una partícula de agua siempre se dirige tangencialmente a dicha línea. Otros campos se representan con líneas similares.
Esta descripción se denomina descripción de campo, y una función que define alguna característica de un objeto extendido en función de las coordenadas y el tiempo se denomina campo. En los ejemplos anteriores, la función M(x, y, t) es un campo escalar que caracteriza la densidad de la madera industrial en el bosque, y la función v(x, y, z, t) es un campo vectorial que caracteriza la velocidad de flujo de fluido. Hay muchísimos campos diferentes. De hecho, al describir cualquier objeto extendido como algo continuo, puedes introducir tu propio campo, y más de uno.
Para una descripción continua (continua) de algún objeto extendido, se utiliza el concepto de campo. Un campo es alguna característica de un objeto, expresada en función de las coordenadas y el tiempo.
Representación visual del campo.. Al describir un sistema de forma discreta, una representación visual no plantea dificultades. Un ejemplo sería el conocido diagrama del sistema solar. Pero, ¿cómo se puede representar un campo? Pasemos al mapa topográfico de la zona (Fig. 11, a).
Este mapa, entre otras cosas, muestra líneas de igual altura para colinas y depresiones (Figura 11.6).
Esta es una de las representaciones visuales estándar de un campo escalar, en este caso el campo de altura sobre el nivel del mar. Las líneas de igual altura, es decir, líneas en el espacio en las que el campo adquiere el mismo valor, se dibujan a un intervalo determinado.
El campo se puede representar visualmente como líneas en el espacio. Para un campo escalar, las líneas se dibujan a través de puntos en los que el valor de la variable de campo es constante (líneas de valor de campo constante). Para un campo vectorial, las líneas dirigidas se dibujan de modo que en cada punto de la línea el vector correspondiente al campo en un punto dado sea tangente a esta línea.
- Los mapas meteorológicos dibujan líneas llamadas isotermas e isobaras. ¿A qué campos corresponden estas líneas?
- Imagínese un campo real: un campo de trigo. Bajo la influencia del viento, las espiguillas se inclinan y en cada punto del campo de trigo la pendiente de las espiguillas es diferente. Crea un campo. es decir, indicar un valor que podría describir la inclinación de las espiguillas en un campo de trigo. ¿Qué campo es este: escalar o vectorial?
- El planeta Saturno tiene anillos que parecen sólidos cuando se ven desde la Tierra, pero en realidad son muchos satélites diminutos que se mueven en trayectorias circulares. ¿En qué casos es recomendable utilizar una descripción discreta para los anillos de Saturno y en qué casos es recomendable utilizar una continua?
¿Es posible acelerar o ralentizar el tiempo?
¿Existen realidades paralelas?
¿Es posible viajar instantáneamente en el tiempo? ¿Es posible la clarividencia?
MUESTREO UNIVERSAL
El desarrollo de la ciencia y la tecnología va de continuo (analógico) a discreto, es decir. no continuo. ¿Qué quiere decir esto? ¡Y mira a tu alrededor! ¡Toda la tecnología moderna es digital! No funciona con señales continuas, sino con sus valores discretos, es decir, individuales, convertidos en código digital. Estos valores de señales individuales se almacenan en bloques de memoria de ordenadores, cámaras digitales, cámaras de vídeo y teléfonos móviles. Si es necesario, se procesan y, a partir de ellos, según programas especiales, se crean señales continuas: sonoras, eléctricas, luminosas, etc.
Pero recientemente, a mediados e incluso en la segunda mitad del siglo XX, la tecnología digital no estaba tan extendida. Utilizamos instrumentos analógicos que funcionan con señales continuas. Y ningún valor individual de estas señales se convirtió en código digital.
La tecnología digital discreta es más precisa, más multifuncional y utiliza bloques de memoria de manera más eficiente que la analógica. Esto prueba que el hombre está en el camino correcto para desentrañar el plan de la Naturaleza o la Mente Superior.
Procesos similares ocurrieron en física. Formó una rama separada de la ciencia: la física cuántica. Precisamente esto es lo que estudia porciones individuales, es decir, discretas (¡otra vez discretización, como en la tecnología!) de materia y energía, es decir, cuantos.
¿Qué es la cuantificación (o, lo que es lo mismo, la discretización) de un proceso? El proceso no se considera de forma continua, sino en algunos momentos (cuantización de tiempo) o en ciertos estados específicos (cuantización de nivel). Aquí os lo muestro en la imagen:
Por lo tanto, la física cuántica considera todo discreto: partículas individuales, porciones individuales, cuantos, sustancias, valores individuales de cantidades, realidades individuales, es decir, discretas. Max Planck inició todo esto. Fue él quien introdujo el concepto de cuanto: una parte indivisible de cualquier cantidad. Este concepto se basa en la idea de que algunas cantidades físicas sólo pueden tomar ciertos valores, es decir, una cantidad física se cuantifica o toma valores discretos. La física cuántica estudia una amplia gama de fenómenos físicos que se caracterizan por una acción discreta.
REALIDADES PARALELAS
La discreción y la naturaleza cuántica del mundo prácticamente ya han sido demostradas. Esto significa que es muy posible suponer la existencia de realidades discretas y paralelas y la posibilidad de una transición de una realidad a otra: el llamado salto cuántico. Por ejemplo, yo estaba en una realidad, ¡y salta! - se trasladó a otro. En última instancia, todo se descompone en partículas, es decir, en elementos discretos que no se cruzan entre sí. Y las realidades existen discretamente, paralelas entre sí. Bueno, como páginas de un libro cerrado. Y por tanto, puedes pasar de una página-realidad a otra en un salto (después de todo, no hay nada entre ellas, por lo que el proceso de transición de una realidad a otra no puede ser continuo, es discreto).
Se puede asumir la naturaleza discreta incluso de nuestras vidas. ¿Alguna vez has sentido que, por ejemplo, tu infancia fue diferente y no tu vida? ¿Alguna vez ha experimentado la sensación de que su vida ha pasado a un nuevo nivel cualitativo? Personalmente, he tenido esos sentimientos muchas veces. El proceso (la vida de una persona) tenía tal o cual estado, y de repente cambió, saltando a otro nivel. Hasta aquí el muestreo.
Sin embargo, esto es sólo una suposición. Pero es un supuesto que nos permite admitir y explicar la existencia de realidades paralelas. Esto significa la posibilidad de pasar instantáneamente de una realidad a otra. Sería bueno pasar de una realidad con mala calidad de vida a una realidad donde la calidad de vida es mejor...
¿CÓMO EXPLICAR ESTO?
No es ningún secreto que todo, incluidos los humanos, está formado por partículas diminutas. La física cuántica moderna está encontrando partículas cada vez más pequeñas. Se ha llegado al punto en que incluso el tiempo se representa en forma de partículas diminutas: los cronones. Según la teoría del profesor Veinik, todo objeto está formado por cronones. Cada una de estas partículas lleva una sustancia crónica que caracteriza el tiempo. En algún lugar hay más partículas de este tipo, en algún lugar menos. Y es posible que la cantidad de sustancia crónica en diferentes cronones sea diferente. Debido a esto surge la heterogeneidad temporal. Por eso, en mi opinión, sucede que el tiempo fluye de diferentes maneras: a veces se prolonga, a veces pasa rápido.
Y hay partículas que no contienen sustancia crónica en absoluto y, por lo tanto, están "simultáneamente presentes" en el pasado, el presente y el futuro. ¿Qué nos aporta esto?
Primero, una explicación para la difusión instantánea de información y para que algunas personas obtengan acceso a información del pasado y del futuro.
En segundo lugar, por supuesto, ¡la posibilidad de viajar instantáneamente en el tiempo! Resulta que si estamos formados por partículas diminutas (y este es el caso), mucho más pequeñas que, por ejemplo, un átomo, digamos, de cronones presentes simultáneamente en el presente, en el pasado y en el futuro, entonces nosotros mismos al mismo tiempo Estamos presentes en el presente, en el pasado y en el futuro. ¿Por qué no nos damos cuenta de esto? Bueno, tal vez sea necesario algún tipo de reordenamiento de estas partículas de las que estamos hechos para que podamos experimentar el viaje en el tiempo. Quizás sea necesario primero dividir el cuerpo en las partículas más pequeñas (y existen en el presente, en el pasado y en el futuro), y luego ensamblarlas, en el pasado o en el futuro. O incluso en otra realidad, en otra dimensión. Es así como se pueden realizar viajes en el tiempo y hacia otras realidades.
Así, en tercer lugar, la existencia de cronones sugiere la existencia de realidades paralelas y la posibilidad de movimiento entre ellas. Después de todo, si hay partículas diminutas que carecen de materia crónica y están presentes simultáneamente en el presente, el pasado y el futuro, entonces resulta que el presente, el pasado y el futuro existen simultáneamente, es decir, en paralelos y representan realidades paralelas. En un momento dado, puedes existir tanto en el presente como en el pasado y en el futuro. ¿Es difícil de imaginar? ¡Pero no vemos todas estas pequeñas partículas que nos componen a nosotros y a nuestra realidad! Entonces, ¿dónde está la garantía de que un número infinito de realidades paralelas, formadas por pequeñas partículas de diferentes tamaños y ubicadas con diferentes densidades, no existan allí mismo y en el mismo momento? Nos resulta difícil imaginar, visualizar, sólo porque no observamos estas partículas más pequeñas. ¡Pero existen!
INFORMACIÓN VIAJES
Las operaciones anteriores con las partículas más pequeñas pueden definirse como procesos de información que tienen lugar como resultado de la influencia de la información. El hecho es que esto es generalmente una propiedad de la influencia informativa: influir no en las partículas grandes, sino en las más pequeñas, las más pequeñas que componen un objeto vivo y con un cambio en cuyo movimiento y estado comienzan los cambios cualitativos globales en el cuerpo. . El tratamiento con métodos de información, por ejemplo, se basa en esta propiedad de la información.
Por cierto, los científicos modernos ya han aprendido a transferir las partículas más pequeñas en una fracción de segundo en el tiempo y a moverlas instantáneamente a largas distancias en el espacio: teletransportarse. En este caso, no es la partícula física la que se mueve, sino la información sobre ella. Al moverse en el tiempo y de una realidad a otra dividiéndose en partículas sin materia crónica y volviendo a ensamblarse, también se puede obtener un objeto en otro tiempo o en otra realidad que no sea físicamente exactamente igual a la original. Pero lo principal se moverá: información sobre el objeto, información del retrato del objeto, toda la información relacionada con él.
¿Cuál es nuestra personalidad? ¡Esto es información! Has cambiado de cuerpo, por ejemplo, has adelgazado o engordado, pero eres tú. Y estás vivo con cualquier cuerpo. Pero si su retrato informativo, su psique, el contenido de su cerebro perecen, esto será la destrucción de su personalidad. Ahora, muchas personas ricas están tratando de asegurarse la vida eterna almacenando en bloques de memoria toda la información que les concierne: todos sus pensamientos, sentimientos, lo que vieron, escucharon y sintieron. Para la inmortalidad, y de hecho para la existencia de una persona, lo principal es conservar la información sobre uno mismo y no sobre el cuerpo. Entonces, la teoría del profesor Veinik nos permite asumir la posibilidad del movimiento de información de una realidad a otra y de viajar en el tiempo y explicar estos fenómenos.
Desde la antigüedad ha habido dos ideas opuestas sobre la estructura del mundo material. Uno de ellos: el concepto de continuo de Anaxágoras - Aristóteles - se basaba en la idea de continuidad, homogeneidad interna, "continuidad" y, aparentemente, estaba asociado con impresiones sensoriales directas producidas por el agua, el aire, la luz, etc. La materia, según este concepto, puede dividirse indefinidamente, y éste es un criterio para su continuidad. Al llenar completamente todo el espacio, la materia no deja ningún vacío dentro de sí misma.
Otra idea: el concepto atomista (corpuscular) de Leucipo - Demócrito - se basaba en la discreción de la estructura espacio-temporal de la materia, la "granularidad" de los objetos reales y reflejaba la confianza humana en la posibilidad de dividir los objetos materiales en partes sólo para un cierto límite - a los átomos, que en su infinita diversidad (en tamaño, forma, orden) se combinan de diversas maneras y dan origen a toda la variedad de objetos y fenómenos del mundo real. Con este enfoque, una condición necesaria para el movimiento y combinación de átomos reales es la existencia de espacio vacío. Hay que admitir que el enfoque corpuscular ha resultado sumamente fructífero en diversos campos de las ciencias naturales. En primer lugar, esto se refiere, por supuesto, a la mecánica newtoniana de puntos materiales. También resultó muy eficaz la teoría cinética molecular de la materia, basada en conceptos corpusculares, en cuyo marco se interpretaron las leyes de la termodinámica. Es cierto que el enfoque mecanicista en su forma pura resultó inaplicable aquí, ya que ni siquiera una computadora moderna puede rastrear el movimiento de 1023 puntos materiales ubicados en un mol de materia. Sin embargo, si sólo nos interesa la contribución promedio de los puntos de material en movimiento caótico a las cantidades macroscópicas medidas directamente (por ejemplo, la presión del gas en la pared de un recipiente), entonces se obtuvo una excelente concordancia entre los resultados teóricos y experimentales. Las leyes de la mecánica cuántica constituyen la base para el estudio de la estructura de la materia. Permitieron aclarar la estructura de los átomos, establecer la naturaleza de los enlaces químicos, explicar el sistema periódico de los elementos, comprender la estructura de los núcleos atómicos y estudiar las propiedades de las partículas elementales. Dado que las propiedades de los cuerpos macroscópicos están determinadas por el movimiento y la interacción de las partículas que los componen, las leyes de la mecánica cuántica son la base de la comprensión de la mayoría de los fenómenos macroscópicos. K.m. permitió, por ejemplo, explicar la dependencia de la temperatura y calcular la capacidad calorífica de gases y sólidos, determinar la estructura y comprender muchas propiedades de los sólidos (metales, dieléctricos, semiconductores). Sólo sobre la base de la mecánica cuántica fue posible explicar de forma coherente fenómenos como el ferromagnetismo, la superfluidez y la superconductividad, comprender la naturaleza de objetos astrofísicos como las enanas blancas y las estrellas de neutrones y dilucidar el mecanismo de las reacciones termonucleares en el Sol y estrellas.
En mecánica cuántica, una situación bastante común es cuando un observable tiene un par de observables. Por ejemplo, el impulso es coordinado, la energía es tiempo. Estos observables se denominan complementarios o conjugados. El principio de incertidumbre de Heisenberg se aplica a todos ellos.
Existen varias descripciones matemáticas equivalentes diferentes de la mecánica cuántica:
Usando la ecuación de Schrödinger;
Utilizando ecuaciones del operador de von Neumann y ecuaciones de Lindblad;
Usando ecuaciones del operador de Heisenberg;
Utilizando el método de cuantificación secundaria;
Usando la integral de ruta;
Utilizando álgebras de operadores, la llamada formulación algebraica;
Usando lógica cuántica.
Cuando el investigador llega al escenario.
en el que deja de ver detrás
bosque arbolado, él también de buena gana
está dispuesto a resolver esto
dificultades para pasar a estudiar
hojas individuales.
Aproximaciones corpusculares y continuistas a la descripción de la naturaleza. Campo escalar. Campo vectorial. Trayectoria.
Descripción corpuscular y continua de objetos naturales. Conoces la estructura atómica y molecular de la materia. Este conocimiento se basa en hechos experimentales. Fue la experiencia, en particular la experiencia de Perrin al estudiar el movimiento browniano, la que puso fin al debate entre los filósofos sobre si la materia es discreta o continua.
Desde la antigüedad ha habido dos ideas opuestas sobre la estructura del mundo material. Uno de ellos, el concepto de continuo de Anaxogoras - Aristóteles, se basaba en la idea de continuidad, homogeneidad interna, "continuidad" y, aparentemente, estaba asociado con impresiones "sensoriales" directas producidas por el agua, el aire, la luz, etc. Según este concepto, la materia puede dividirse hasta el infinito, y éste es el criterio de su continuidad. Al llenar por completo todo el espacio, la materia "no deja ningún vacío dentro de sí misma".
Otra idea, el concepto atomista, por lo demás corpuscular, de Leucipo - Demócrito - se basaba en la discreción de la estructura espacio-temporal de la materia, la "granularidad" de los objetos reales y reflejaba la confianza humana en la posibilidad de dividir los objetos materiales en partes hasta un cierto límite: los átomos, que en su infinita diversidad (en tamaño, forma, orden) se combinan de diversas maneras y dan lugar a toda una variedad de objetos y fenómenos del mundo real. Con este enfoque, una condición necesaria para el movimiento y combinación de átomos reales es la existencia de espacio vacío. Así, el mundo corpuscular de Leucipo-Demócrito está formado por dos principios fundamentales: los átomos y el vacío, y la materia tiene una estructura atómica. Los átomos, según los antiguos griegos, ni surgen ni se destruyen; su eternidad proviene de la infinidad del tiempo.
Las ideas modernas sobre la naturaleza del micromundo combinan ambos conceptos. Por un lado, nuestro mundo en realidad está formado por partículas individuales, es decir, lo que los antiguos griegos llamaban átomos. El número de estas partículas en el Universo que observamos es finito, aunque muy grande. Por otro lado, no hay vacío en el espacio que observamos, ya que, por ejemplo, componentes de la materia como los fotones no están separados espacialmente y, al tener propiedades de continuidad, lo llenan por completo.
Un sistema como conjunto de partículas (descripción corpuscular). Antes de hablar del enfoque del continuo, recordemos cómo se puede describir el mundo de las partículas discretas a partir de conceptos clásicos.
Tomemos como ejemplo el Sistema Solar. En el modelo más simple, cuando los planetas se consideran puntos materiales, para la descripción basta con especificar las coordenadas de todos los planetas. Un conjunto de coordenadas en un determinado sistema de referencia se denota de la siguiente manera: ( x yo (t), y yo (t), z yo (t)), aquí está el índice i numera los planetas y el parámetro t denota la dependencia de estas coordenadas en el tiempo. El establecimiento de todas las coordenadas en función del tiempo determina completamente la configuración de los planetas del Sistema Solar en un momento dado.
Si queremos aclarar nuestra descripción, es necesario especificar parámetros adicionales, por ejemplo, los radios de los planetas, sus masas, etc. Cuanto más exactamente queramos describir el Sistema Solar, más parámetros diferentes habrá para cada uno de los planetas. debemos considerar.
De este modo, con una descripción discreta (corpuscular) de un determinado sistema, es necesario establecer varios parámetros que caracterizan cada uno de los componentes del sistema. Si estos parámetros dependen del tiempo, se debe tener en cuenta esta dependencia.
Sistema como objeto continuo (descripción continua). Volviendo al epígrafe, consideremos ahora un sistema como un bosque. Sin embargo, para caracterizar el bosque, no tiene sentido enumerar todos los representantes de la flora y la fauna de un bosque determinado. Y no sólo porque sea una tarea demasiado tediosa, si no imposible. Los leñadores, los recolectores de setas, los militares y los ecologistas están interesados en otra información. ¿Cómo construir un modelo adecuado para describir este sistema?
Por ejemplo, los intereses de los madereros pueden tenerse en cuenta considerando la cantidad promedio (en metros cúbicos) de madera comercial por kilómetro cuadrado de bosque en un área determinada. Denotemos esta cantidad por METRO. Como depende del área que se considere, ingresamos las coordenadas X Y y, caracterizando el área y denotando la dependencia. METRO a partir de coordenadas como función M(x,y). Finalmente, la magnitud METRO Depende del tiempo (algunos árboles crecen, otros se pudren, se producen incendios, etc.). Por tanto, para una descripción completa es necesario conocer la dependencia de esta cantidad en el tiempo. M(x,y,t). Entonces los valores pueden estimarse de manera realista, aunque aproximada, basándose en observaciones del bosque.
Campo
Campo gravitacional. Recordemos el curso de física. Estudiaste la ley de la gravitación universal, según la cual todos los cuerpos se atraen entre sí con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.
Consideremos cualquiera de los cuerpos del Sistema Solar y denotemos su masa por metro. De acuerdo con la ley de la gravitación universal, todos los demás cuerpos del Sistema Solar actúan sobre este cuerpo, y la fuerza gravitacional total, que denotamos por , es igual a la suma vectorial de todas estas fuerzas. Como cada una de las fuerzas es proporcional a la masa. metro, entonces la fuerza total se puede representar como: . La cantidad vectorial depende de la distancia a otros cuerpos del Sistema Solar, es decir, de las coordenadas del cuerpo que hayamos elegido. De la definición dada en el párrafo anterior se desprende que la cantidad es un campo. Este campo se llama campo gravitacional.
Cerca de la superficie de la Tierra, la fuerza que ejerce la Tierra sobre un cuerpo como usted supera con creces todas las demás fuerzas gravitacionales. Esta es la fuerza de gravedad con la que estás familiarizado. Dado que la fuerza de gravedad está relacionada con la masa de un cuerpo mediante la relación , cerca de la superficie de la Tierra simplemente hay una aceleración de la gravedad.
Dado que el valor no depende de la masa ni de ningún otro parámetro del cuerpo que hayamos elegido, es obvio que si se coloca otro cuerpo en el mismo punto del espacio, entonces la fuerza que actúa sobre él vendrá determinada por el mismo valor multiplicado. por la masa de los nuevos cuerpos. Así, la acción de las fuerzas gravitacionales de todos los cuerpos del Sistema Solar sobre un determinado cuerpo de prueba puede describirse como la acción de un campo gravitacional sobre este cuerpo de prueba. La palabra prueba significa que este cuerpo puede no existir, el campo en un punto dado del espacio todavía existe y no depende de la presencia de este cuerpo. El cuerpo de prueba simplemente sirve para medir este campo midiendo la fuerza gravitacional total que actúa sobre él.
Es bastante obvio que en nuestras discusiones no podemos limitarnos al sistema solar; podemos considerar cualquier sistema de cuerpos, por grande que sea.
La fuerza gravitacional creada por un determinado sistema de cuerpos y que actúa sobre el cuerpo de prueba se puede representar como la acción del campo gravitacional creado por todos los cuerpos (excepto el cuerpo de prueba) sobre el cuerpo de prueba.
Campo electromagnetico. Las fuerzas eléctricas son muy similares a las fuerzas gravitacionales, solo que actúan entre partículas cargadas, y para partículas con carga similar son fuerzas repulsivas, y para partículas con carga diferente, fuerzas de atracción. Una ley similar a la ley de la gravitación universal es la ley de Coulomb. Según él, la fuerza que actúa entre dos cuerpos cargados es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los cuerpos.
Debido a la analogía entre la ley de Coulomb y la ley de la gravitación universal, lo dicho sobre las fuerzas gravitacionales se puede repetir para las fuerzas eléctricas, y podemos imaginar la fuerza que actúa sobre la carga de prueba de un determinado sistema de cuerpos cargados. q como: . La cantidad caracteriza el campo eléctrico con el que está familiarizado y se denomina intensidad del campo eléctrico. La conclusión relativa al campo gravitacional puede repetirse casi palabra por palabra para el campo eléctrico.
La fuerza eléctrica creada por algún sistema de cuerpos cargados y que actúa sobre la carga de prueba se puede representar como la acción del campo eléctrico creado por todos los cuerpos cargados (excepto la carga de prueba) sobre la carga de prueba.
La interacción entre cuerpos cargados (o simplemente cargas), como ya se mencionó, es muy similar a la interacción gravitacional entre cualquier cuerpo. Sin embargo, hay una diferencia muy significativa. Las fuerzas gravitacionales no dependen de si los cuerpos están en movimiento o estacionarios. Pero la fuerza de interacción entre cargas cambia si las cargas se mueven. Por ejemplo, entre dos cargas estacionarias idénticas actúan fuerzas repulsivas. Si estas cargas se mueven, entonces las fuerzas de interacción cambian. Además de las fuerzas eléctricas repulsivas, aparecen fuerzas de atracción.
Ya estás familiarizado con esta fuerza en tu curso de física. Es esta fuerza la que provoca la atracción de dos conductores paralelos que transportan corriente. Esta fuerza se llama fuerza magnética. De hecho, en conductores paralelos con corrientes de dirección idéntica, las cargas se mueven como se muestra en la figura, lo que significa que son atraídas por una fuerza magnética. La fuerza que actúa entre dos conductores que transportan corriente es simplemente la suma de todas las fuerzas que actúan entre las cargas. ¿Por qué desaparece la fuerza eléctrica en este caso?
Todo es muy sencillo. Los conductores contienen cargas positivas y negativas, y el número de cargas positivas es exactamente igual al número de cargas negativas. Por lo tanto, en general, las fuerzas eléctricas están compensadas. Las corrientes surgen debido al movimiento únicamente de cargas negativas; las cargas positivas en el conductor están inmóviles. Por tanto, las fuerzas magnéticas no se compensan.
El movimiento mecánico siempre es relativo, es decir, la velocidad siempre está dada en relación con algún sistema de referencia y cambia al pasar de un sistema de referencia a otro.
Ahora observe atentamente la Figura 21. ¿En qué se diferencian los dibujos? A Y b? En la segunda imagen, las cargas se están moviendo. Pero este movimiento sólo se produce en un determinado marco de referencia elegido por nosotros. Podemos elegir un marco de referencia diferente en el que ambas cargas sean estacionarias. Y entonces la fuerza magnética desaparece. Esto sugiere que las fuerzas eléctricas y magnéticas son fuerzas de la misma naturaleza. Y efectivamente lo es. La experiencia demuestra que entre cargas actúa una única fuerza electromagnética que se manifiesta de forma diferente en distintos sistemas de referencia. En consecuencia, podemos hablar de un único campo electromagnético, que es una combinación de dos campos: un campo eléctrico y un campo magnético. En diferentes sistemas de referencia, los componentes eléctricos y magnéticos del campo electromagnético pueden manifestarse de diferentes maneras. En particular, puede resultar que en algún sistema de referencia desaparezca la componente eléctrica o magnética del campo electromagnético. De este modo, De la relatividad del movimiento se deduce que la interacción eléctrica y la interacción magnética son dos componentes de una única interacción electromagnética.
Pero si es así, entonces podemos repetir la conclusión sobre el campo eléctrico.
La fuerza electromagnética creada por un determinado sistema de cargas y que actúa sobre la carga de prueba se puede representar como la acción del campo electromagnético creado por todas las cargas (excepto la carga de prueba) sobre la carga de prueba.
No se debe pensar que sólo las interacciones gravitacionales y electromagnéticas pueden expresarse a través del campo correspondiente. El método de describir la interacción mediante campos ha encontrado una amplia aplicación en la física del micromundo. Este método se puede utilizar para describir una amplia variedad de interacciones. Por ejemplo, la fuerza de Arquímedes que actúa sobre un cuerpo sumergido en un líquido, o sobre un globo en el aire, se expresa de la siguiente manera: F A = r gV, Dónde gramo- aceleración de la gravedad, V es el volumen de un cuerpo sumergido en un líquido o en el aire, ar es la densidad del líquido o del aire. Como se sabe, la densidad del aire disminuye con la altura, es decir, depende de las coordenadas. La densidad del agua también cambia con la profundidad; en las profundidades del océano la densidad del agua es ligeramente mayor que cerca de la superficie del océano. De ello se deduce que la densidad depende de las coordenadas del cuerpo bajo la influencia de la fuerza de Arquímedes. Es decir, se puede introducir un campo de densidad que, cuando actúa sobre un cuerpo, conduce al surgimiento de la fuerza de Arquímedes.
Otro ejemplo está relacionado con las fuerzas que actúan sobre un cuerpo aerodinámico por un flujo de líquido o gas. Estas fuerzas incluyen la fuerza de resistencia al movimiento en un ambiente acuoso o gaseoso y la fuerza de sustentación que actúa sobre el ala de un avión. El flujo de líquido o gas es un campo de velocidades (ver párrafo anterior). Este campo afecta a cada parte de la superficie del cuerpo en el flujo, lo que conduce a la aparición de fuerzas de arrastre y elevación.
La conclusión general que se puede extraer de los ejemplos analizados en este párrafo: Muchas fuerzas que actúan sobre un cuerpo ubicado en el vacío o en un medio continuo pueden representarse como resultado de la acción de los campos correspondientes sobre el cuerpo. A tales fuerzas pertenecen en particular las fuerzas gravitacionales y electromagnéticas.
