Реферат: Скалярное и векторное состояния поля

Реферат: Скалярное и векторное состояния поля

Возмущение электродинамического вакуума

«Вакуум в квантовой теории - основное состояние квантованных полей, обладающее минимальной энергией, ...»

Физическая энциклопедия. ВАКУУМ.

«Заряд изменяет пространство вокруг себя, что приводит к возникновению электрического поля с определенной плотностью энергии.»

Неускорительная физика элементарных частиц. Г.В.Клапдор-К. 1997. С.15.

Т.е. заряд изменяет вокруг себя электрическое смещение поля, что приводит к возникновению в полевом пространстве определенной плотности энергии.

Поле в более широком понимании, согласно современным представлениям, в скалярном (вакуумном) состоянии присутствует всюду, поэтому электрический заряд образует не поле, а возмущение электромагнитного поля, которое, представляя электрический поток, также измеряется в кулонах: чем больше заряд (поток), тем больше возмущение, т.е. кулон - это мера электрического возмущения поля. Там, где возникает возмущение, энергия поля не равна нулю, т.е. поле реально проявляется, поэтому считается, что заряд создает поле, хотя это не совсем точно, так как электромагнитное поле существует в каждой точке пространства, но там, где нет возмущений, оно находится в нулевом вакуумном состоянии, представляющем скалярное поле. Таким образом, согласно современным представлениям, электрический заряд не создает поле, так как поле в скалярном (вакуумном) состоянии присутствует всюду, а, возбуждая его, создает возмущение, т.е. заряд создает в полевом пространстве электрическое смещение поля - полевой поток, представляющий векторное состояние поля. Полевая материя не движется вместе с зарядом, а изменяется, т.е. с зарядом движется возмущение полевой материи, представляющее векторное поле в виде электрического потока. Например, электромагнитные волны - это распространяющиеся (движущиеся) возмущения поля.

«Поле не движется, а изменяется. Если же когда и говорят о "движущемся" поле, то это нужно понимать просто как краткий и удобный способ словесного описания изменяющегося поля в определенных условиях и ничего более.»

Электромагнетизм. И.Е.Иродов. 2000. С.226.

«Но поле, возбуждаемое зарядами, реально существует в каждой точке пространства, ...»

Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.1. С.10.

«... вакуум является универсальной средой, в которой возбуждается электромагнитное поле.»

Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.1. С.11.

«Возбужденными называются все состояния, кроме основного состояния (состояния с минимальной энергией).»

Физический энциклопедический словарь. ВОЗБУЖДЕННОЕ СОСТОЯНИЕ.

Поле в вакуумном состоянии не имеет напряженности и поэтому не обладает энергией. Согласно теории поля (теории физического вакуума), низшее энергетическое состояние полевой материи называется вакуумом ("полевой вид материи", если коротко, - "полевая материя"). Т.е. полевая материя в вакуумном (невозбужденном) состоянии является скалярным полем, так как отсутствует напряженность, которая представляет векторное поле в виде потока напряженности, обладающего энергией. Таким образом, при возмущении скалярного электромагнитного поля оно переходит в векторное, представляя полевой поток.

«Скалярное поле - поле физическое, которое описывается функцией, в каждой точке пространства не изменяющейся при повороте системы координат.»

Физический энциклопедический словарь. СКАЛЯРНОЕ ПОЛЕ.

«Очень важную роль играет состояние поля с наименьшей энергией, которое называется вакуумом.»

Физическая энциклопедия. ФИЗИКА.

Вакуумное состояние полевой материи - это скалярное поле, так как нет зависимости от поворота системы координат. Таким образом, электромагнитное поле может находиться в двух состояниях - скалярном или векторном.

«Вакуум физический, в квантовой теории поля - низшее энергетическое состояние квантованных полей, ...»

Физический энциклопедический словарь. ВАКУУМ ФИЗИЧЕСКИЙ.

Т.е. невозбужденное состояние поля - это физический вакуум, а возбужденное, обладающее энергией (массой), - это не вакуумная (овеществленная) форма полевой материи.

Согласно квантовым представлениям, все поля имеют квантовую природу.

«... строго сохраняющимся квантовым числом является электрический заряд ...»

Физическая энциклопедия. КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА.

Электромагнитное поле имеет квантовую природу, его возмущения всегда дискретны и кратны кванту поля, т.е. элементарное электрическое возмущение поля равно элементарному электрическому заряду (кванту заряда). Области электрического возмущения поля могут быть положительные или отрицательные относительно нулевого вакуумного состояния поля, т.е. относительно состояния равновесия вакуумной среды - скалярного квантового электромагнитного поля.

«Возмущение - любое отклонение какой-либо физической величины, характеризующей состояние системы (например, напряженности электрического поля), от значения, которое она имела при нахождении системы в состоянии равновесия.»

Энциклопедия элементарной физики. ВОЗМУЩЕНИЕ.

Т.е. электрическая напряженность поля связана с возмущениями, которые представляют положительные или отрицательные отклонения (смещения) от состояния равновесия поля. Электрическое смещение полевой материи представляет поляризационное смещение диэлектрического вакуума. Вакуум обладает свойствами диэлектрика, так как в нем могут течь токи смещения, например, в виде вихревых потоков индукции (в проводнике могут течь токи проводимости, в диэлектрике - только поляризационные токи смещения).

«Согласно этой теореме поток электрического смещения (поток смещения) электрического поля сквозь произвольную замкнутую поверхность, проведенную в поле, пропорционален алгебраической сумме свободных зарядов, охватываемых этой поверхностью.»

Справочник по физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. 1996. С.193.

Квантом потока электрического смещения поля является квант заряда. Вихревые электрические поля - это вихревые потоки электрического смещения. Распространяющийся электрический поток представляет ток электрического смещения поля. Электрические потоки - это возмущения поля, а любые возмущения обладают энергией (массой), т.е. при определенных условиях их можно рассматривать как овеществленную форму полевой материи (физического вакуума).

«В электродинамическом вакууме свойства электрического поля полностью описываются напряженностью электрического поля.»

Физическая энциклопедия. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.

Напряженность поля - это напряженность электродинамического вакуума. Материальное квантовое электромагнитное (электродинамическое) поле отражает физическую природу электродинамического вакуума, где электрические и магнитные возмущения (потоки) поля являются квантовыми. Т.е., рассматривая процессы, протекающие в электродинамическом вакууме, надо учитывать их квантовую природу.

«Так как скорость этого распространения конечная, то возмущение в пространстве будет передаваться в виде некоторого волнового процесса. Такой волновой процесс называется электромагнитной волной.»

Основы физики. Л.А.Грибов, Н.И.Прокофьев. 1995. С.309.

Распространяющиеся волновые возмущения полевого пространства представляют электромагнитные волны, т.е. электромагнитные волны - это распространяющиеся отклонения от нулевого вакуумного (скалярного) состояния полевой материи.

«... изменение состояния одной частицы сопровождается, вообще говоря, изменением ее энергии и импульса, а изменение силы, действующей на другую частицу, наступает лишь через конечный промежуток времени. Доли энергии и импульса, отданные одной частицей и еще не принятые второй, принадлежат в течение этого времени переносящему их полю. Поле, переносящее взаимодействие, является, таким образом, само по себе физической реальностью.»

Физическая энциклопедия. ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ.

Доли энергии и импульса, отданные одними частицами и еще не принятые другими, принадлежат в течение этого времени переносящим их возмущениям электромагнитного поля. Т.е. это - не связанные с частицами, самостоятельно распространяющиеся возмущения. Электрическое возмущение обладает энергией, так как оно представляет электрическое смещение (напряженность) поля. Движущееся электрическое возмущение поля обладает магнитной индукцией B = m0[vD], т.е. любое движущееся электрическое возмущение поля представляет электромагнитное возмущение.

«Запаздывание изменений взаимодействия электрических зарядов при их ускоренном движении доказывает справедливость теории близкодействия, т.е. существование электрического поля как материального объекта, способного действовать на электрические заряды. Скорость света есть скорость распространения изменений, возникающих в электрическом поле при ускоренном движении электрических зарядов.»

Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.133.

Таким образом, согласно электродинамике, скорость света - это не скорость движения поля (материального объекта - полевой материи), а скорость распространения изменений, возникающих в электромагнитном поле, - скорость распространения возмущений поля. С современной точки зрения поле в вакуумном состоянии присутствует всюду, т.е. поле нельзя создать, так как оно уже всюду присутствует в пространстве, представляя полевое пространство, соответственно, и заряд создает не электрическое поле, а электрический поток (электрическое смещение поля), также электрический ток создает не магнитное поле, а магнитный поток (электрическая индукция - это плотность электрического потока Кл/м2, магнитная индукция - это плотность магнитного потока Вб/м2). Полевые потоки могут существовать самостоятельно, независимо от частиц (зарядов), например, распространяясь как волновые возмущения полевой материи (полевого пространства). К сожалению, в учебной литературе в основном используют старую терминологию, не делая различия между полем и полевым потоком. Т.е. не учитывается тот факт, что, согласно современным представлениям, физическое поле едино и его нельзя создать, так как оно всюду присутствует в пространстве, а могут возникать только полевые потоки индукции (напряженности) - электрические, магнитные, гравитационные. Таким образом, в учебной литературе под электрическим, магнитным и гравитационным полями подразумеваются векторные поля, которое представляют потоки индукции поля.

«... поток вектора магнитной индукции, или, короче, магнитный поток Ф.»

Основы физики. Б.М.Яворский, А.А.Пинский. 2000. Т.1. С.540.

Также поток вектора электрической индукции - это, если коротко, электрический поток Фe. Все векторные поля называются потоками - электрический поток, магнитный поток и т.д. Поэтому, когда в школьных учебниках пишут "электрическое поле", а не "электрический поток", это еще простительно, так как в школе не проходят векторные поля. Но когда такое же встречается в учебной литературе для вузов, то это уже, мягко говоря, не совсем грамотно. Или надо хотя бы указывать, какое поле - потенциальное или вихревое. Например, соответственно, "потенциальный электрический поток" - "потенциальное электрическое поле", "вихревой электрический поток" - "вихревое электрическое поле". Но все-таки векторные поля правильнее всегда называть потоками.

Скорость света есть скорость распространения изменений (возмущений) в электромагнитном поле, т.е. электромагнитное поле - это материальная среда, в которой возмущения распространяются со скоростью света. Так как в пространстве могут распространяться дискретные волны (возмущения), электродинамический вакуум представляет квантовое электромагнитное поле. Электромагнитная волна - это периодически изменяющееся поле.

«Токи смещения существуют только там, где меняется электрическое поле (точнее, электрическое смещение).»

Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.2. С.8.

Т.е. токи смещения представляют процесс изменения электрического смещения поля. Токи смещения можно реально наблюдать, например, в диэлектрической среде как поляризационные токи при движении в ней внесенного электрического заряда. Ток смещения, возникающий при движении заряда, имеет обратное направление, т.е. полный ток замкнут.

«Пример. Точечный заряд q движется равномерно и прямолинейно с нерелятивистской скоростью v. Найти вектор плотности тока смещения в точке P, находящейся на расстоянии r от заряда на прямой, перпендикулярной его траектории и проходящей через заряд. Решение. jсм = -qv/4pr3.»

Электромагнетизм. И.Е.Иродов. 2000. С.302.

Знак минус в формуле означает, что ток смещения течет в обратном направлении - ток замкнут, представляя вихревое электрическое поле.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.comail.ru:8081/