Принципи близкодействия і дальнодействия

Головна | Про нас | Зворотній зв'язок

Дальність дії. Після відкриття закону всесвітнього тяжіння І. Ньютоном, а потім закону Кулона, що описує взаємодію електричних заряджених тіл, виникло питання, чому фізичні тіла, що мають масу, діють один на одного на великих відстанях через порожній простір і чому заряджені тіла взаємодіють між собою навіть через електрично нейтральне середовище?

До введення поняття «поле» на це питання не було задовільної відповіді. Довгий час вважалося, що взаємодія між тілами може безпосередньо здійснюватиметься через порожній простір, яка не бере участі в передачі взаємодій, а передача взаємодії від тіла до тіла передається миттєво, тобто з нескінченною швидкістю. Таке припущення становить сутність концепції дальнодействия, яку обґрунтував Р. Декарт. Більшість вчених дотримувалося цієї концепції аж до кінця XIX ст.

Принцип дальнодействия утвердився в фізиці ще й тому, що гравітаційна взаємодія макроскопічних тел відповідно до закону всесвітнього тяжіння І. Ньютона малопомітно, - тяжіння занадто слабо, щоб його відчути. Тому експериментально це було важко підтвердити або спростувати. Тільки відомі досліди Г. Кавендіша були першими лабораторними спостереженнями гравітаційного тяжіння.

Блізкодействіе. Навпаки, закони взаємодії електрично заряджених тіл допускали можливість їх відносно простий перевірки. Незабаром було встановлено, що взаємодія електричних зарядів відбувається не миттєво. Кожна електрично заряджена частинка створює електричне поле, що діє на інші частинки не в той же момент, а через деякий час.

Іншими словами, взаємодія передається через посередника - електромагнітне поле, а швидкість поширення електромагнітного поля дорівнює швидкості світла. Це становить суть концепції близкодействия.

Блізкодействіе і дальнодействие це взаємно протилежні погляди для пояснення взаємодії матеріальних структур. За концепцііблізко дії будь-яка взаємодія на матеріальні об'єкти може бути передано тільки між сусідніми точками простору за кінцевий проміжок часу. Дальність дії допускає дію на відстані миттєво з нескінченною швидкістю, т. Е. Фактично поза часом і простором. Після Ньютона ця концепція набуває широкого поширення в фізиці, хоча він сам розумів, що запроваджені ним сили дальнодействия (наприклад, сили тяжіння) є лише формальним наближеним прийомом, що дозволяє дати вірне в деяких межах опис спостережуваних явищ. Остаточне затвердження принципу близкодействия прийшло з виробленням концепції фізичного поля як матеріального середовища. Рівняння поля описують стан системи в даній точці в даний момент часу як залежне від стану в найближчий попередній момент в найближчій сусідній точці. Якщо електромагнітне поле може існувати незалежно від матеріального носія, то електричне взаємодія не можна пояснити миттєвим дією на відстані. Тому дальнодействие Ньютона поступилося місцем близкодействии, полях, що поширюється в просторі з кінцевою швидкістю. Таким чином, відповідно до сучасної науці, взаємодії між структурами передаються за допомогою відповідного поля з кінцевою швидкістю, яка дорівнює швидкості світла у вакуумі.

Вся сукупність елементарних частинок з їх взаємодіями проявляє себе макроскопічно в формі речовини і

поля. Поле на відміну від речовини має особливі властивості. Фізична реальність електромагнітного поля видно хоча б з того, що існують радіохвилі. Джерелом електромагнітного поля є рухомі заряджені частинки. Взаємодія зарядів відбувається за схемою: частка - поле - частка. Поле є переносником взаємодії. У деяких умовах поле може "відірватися" від своїх джерел і вільно поширюватися в просторі. Таке поле носить хвильовий характер.

У сучасній природничо-наукової картині світу як речовина, так і поле складаються з елементарних частинок, а частинки взаємодіють один з одним, взаимопревращающихся. На рівні елементарних частинок відбувається взаємоперетворення поля і речовини. Так, фотони можуть перетворитися в електронно-позитронного пари, а ці пари в процесі взаємодії знищуються (анігілюють) з утворенням фотонів. Більш того, вакуум теж складається з частинок (віртуальних частинок), які взаємодіють як один з одним, так і зі звичайними частинками. Таким чином, зникають фактично кордону між речовиною і полем і навіть між вакуумом, з одного боку, і речовиною і полем - з іншого. На фундаментальному рівні все грані в природі дійсно виявляються умовними. У сучасній природничо-наукової картині світу речовина і поле взаимопревращающихся. Тому в даний

час робляться наполегливі спроби створити єдину теорію всіх видів взаємодій.

При наявності декількох полів для визначення результуючого взаємодії застосовують принцип суперпозиції. Принцип суперпозиції в природознавстві дозволяє отримувати результуючий ефект від накладення (суперпозиції) декількох незалежних взаємодій як суму ефектів, що викликаються кожним взаємодією окремо. Він справедливий для систем, що описуються лінійними рівняннями. Принцип суперпозиції широко використовується в механіці, теорії коливань і хвильової теорії фізичних полів. У квантовій механіці принцип суперпозиції відноситься до хвильовим функціям. Згідно з цим, якщо фізична система може перебувати в станах, що описуються двома або кількома функціями, то система може також знаходитися в стані, описуваному будь-якої лінійної комбінацією цих функцій.