Кого считают основоположником теории дальнодействия. Принципы близкодействия и дальнодействия

Принцип дальнодействия

Дальноде́йствие и Короткоде́йствие (Близкодействие ) - две концепции классической физики , противоборствовавшие на заре её становления.

Согласно концепции дальнодействия, тела действуют друг на друга без посредников, через пустоту, на любом расстоянии, и такое взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью (но подчиняется определённым законам). Примером дальнодействия можно считать силу всемирного тяготения в классической теории гравитации Ньютона. Согласно концепции короткодействия (близкодействия), тело может действовать только на своё непосредственное окружение, а всякое действие на расстоянии должно осуществляться при помощи тех или иных посредников.

Принципиальное отличие теории близкодействия, принятой на сегодняшний день, можно рассмотреть на простом примере - взаимодействии двух точечных частиц. Концепция близкодействия постулирует, что в процессе этого взаимодействия частица А испускает другую частицу - С, при этом ее скорость и импульс меняются, согласно законам сохранения. Частица С поглощается частицей В, что, в свою очередь, приводит к изменению импульса и скорости последней. В результате создается иллюзия непосредственного влияния частиц друг на друга. В современной физике проводится четкое разделение материи на частицы-участники (или источники) взаимодействий (называемые веществом) и частицы-переносчики взаимодействий (называемые полем). Из четырех видов фундаментальных взаимодействий надежную экспериментальную проверку существования частиц-переносчиков получили три - сильное , слабое и электромагнитное взаимодействия. В настоящее время предпринимаются попытки по обнаружению переносчиков гравитационного взаимодействия - так называемого гравитона , предсказанного в некоторых расширениях Общей теории относительности .

Важным отличием теории близкодействия от теории дальнодействия является наличие максимальной скорости распространения взаимодействий (полей, частиц) - скорости света .

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Принцип дальнодействия" в других словарях:

- (Newton) Исаак (4.1.1643, Вулсторп, ок. Грантема, 31.3.1727, Кенсингтон), англ. физик, астроном, математик, основоположник классич. и небесной механики. Н. создал дифференциальное и интегральное исчисления как адекватный язык математич.… … Философская энциклопедия

КОСМОЛОГИЧЕСКОЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВО БЫТИЯ БОГА - своеобразная рационализация основного догмата авраамических религий о Боге как созидателе мирового порядка (космоса), отвечающая Книге Бытия из Ветхого завета. Оно называется космологическим (но не просто логическим) потому, что апеллирует к… … Современный философский словарь

Тяготение, универсальное свойство притяжения между любыми телами. Изучение Г. положило начало ньютоновской классич. механике. Так, Г. Галилей, изучая квазиоднородное поле Г. у поверхности земли, сформулировал закон инерции н установил, что сила,… … Математическая энциклопедия

- “МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАЧАЛА НАТУРАЛЬНОЙ ФИЛОСОФИИ” (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. L., 1687; последнее издание L., 1990; рус. пер. академика А. Н. Крылова: П., 1915 1916) главное сочинение И. Ньютона, год публикации которого… … Философская энциклопедия

- (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. L., 1687; последнее издание – L., 1990; рус. пер. академика А.Н.Крылова: П., 1915–1916) – главное сочинение И.Ньютона, год публикации которого считается годом рождения новоевропейской науки. В этом… … Философская энциклопедия

ФИЗИКА. 1. Предмет и структура физики Ф. наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиб. общие свойства и законы движения окружающих нас объектов материального мира. Вследствие этой общности не существует явлений природы, не имеющих физ. свойств … Физическая энциклопедия

I. Предмет и структура физики Ф. – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения. Поэтому понятия Ф. и сё законы лежат в основе всего… … Большая советская энциклопедия

В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Максвелл. Джеймс Клерк Максвелл James Clerk Maxwell … Википедия

ТЕОРИЯ - (1) система научных идей и принципов, обобщающих практический опыт, отражающих объективные природные закономерности и положения, которые образуют (см.) или раздел какой либо науки, а также совокупность правил в области какого либо знания млн.… … Большая политехническая энциклопедия

- (греч. τὰ φυσικά – наука о природе, от φύσις – природа) – комплекс науч. дисциплин, изучающих общие свойства структуры, взаимодействия и движения материи. В соответствии с этими задачами совр. Ф. весьма условно можно подразделить на три больших… … Философская энциклопедия

Книги

• Реляционная концепция Лейбница Маха , Владимиров Ю.С.. В книге изложен реляционно-статистический подход к природе физического мироздания, идейные основания которого заложены в трудах Г. Лейбница и Э. Маха. Согласно этому подходу, в основе…

Дальнодействие . После открытия закона всемирного тяготения И. Ньютоном, а затем закона Кулона, описывающего взаимодействие электрических заряженных тел, возник вопрос, почему физические тела, обладающие массой, действуют друг на друга на больших расстояниях через пустое пространство и почему заряженные тела взаимодействуют между собой даже через электрически нейтральную среду?

До введения понятия «поле» на этот вопрос не было удовлетворительного ответа. Долгое время считалось, что взаимодействие между телами может непосредственно осуществляться через пустое пространство, которое не принимает участия в передаче взаимодействий, а передача взаимодействия от тела к телу передается мгновенно, т.е. с бесконечной скоростью. Такое предположение составляет сущность концепции дальнодействия, которую обосновал Р. Декарт. Большинство ученых придерживалось этой концепции вплоть до конца XIX в.

Принцип дальнодействия утвердился в физике еще и потому, что гравитационное взаимодействие макроскопических тел в соответствии с законом всемирного тяготения И. Ньютона малозаметно, – притяжение слишком слабо, чтобы его ощутить. Поэтому экспериментально это было трудно подтвердить или опровергнуть. Только известные опыты Г. Кавендиша были первыми лабораторными наблюдениями гравитационного притяжения.

Близкодействие . Напротив, законы взаимодействия электрически заряженных тел допускали возможность их относительно простой проверки. Вскоре было установлено, что взаимодействие электрических зарядов происходит не мгновенно. Каждая электрически заряженная частица создает электрическое поле, действующее на другие частицы не в тот же момент, а спустя некоторое время.

Иными словами, взаимодействие передается через посредника – электромагнитное поле, а скорость распространения электромагнитного поля равна скорости света. Это составляет суть концепции близкодействия.

Близкодействие и дальнодействие -это взаимно противоположные взгляды для объяснения взаимодействия материальных структур. По концепцииблизко действия любое взаимодействие на материальные объекты может быть передано только между соседними точками пространства за конечный промежуток времени. Дальнодействие допускает действие на расстоянии мгновенно с бесконечной скоростью, т. е. фактически вне времени и пространства. После Ньютона эта концепция получает широкое распространение в физике, хотя он сам понимал, что введенные им силы дальнодействия (например, силы тяготения) являются лишь формальным приближенным приемом, позволяющим дать верное в некоторых пределах описание наблюдаемых явлений. Окончательное утверждение принципа близкодействия пришло с выработкой концепции физического поля как материальной среды. Уравнения поля описывают состояние системы в данной точке в данный момент времени как зависящее от состояния в ближайший предшествующий момент в ближайшей соседней точке. Если электромагнитное поле может существовать независимо от материального носителя, то электрическое взаимодействие нельзя объяснить мгновенным действием на расстоянии. Поэтому дальнодействие Ньютона уступило место близкодействию, полям, распространяющимся в пространстве с конечной скоростью. Таким образом, согласно современной науке, взаимодействия между структурами передаются посредством соответствующего поля с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.

Вся совокупность элементарных частиц с их взаимодействиями проявляет себя макроскопически в форме вещества и

поля. Поле в отличие от вещества обладает особыми свойствами. Физическая реальность электромагнитного поля видна хотя бы из того, что существуют радиоволны. Источником электромагнитного поля являются движущиеся заряженные частицы. Взаимодействие зарядов происходит по схеме: частица - поле - частица. Поле является переносчиком взаимодействия. В некоторых условиях поле может "оторваться" от своих источников и свободно распространяться в пространстве. Такое поле носит волновой характер.

Как получают сведения о состоянии вещества звезд? Атомные процессы, которые разыгрываются во внешних оболочках звезд, сопровождаются излучением электромагнитных волн. Одним из таких процессов является возбуждение атомов, ведущее к излучению ряда характерных "порций" энергии электромагнитного поля (спектр). У каждого химического элемента имеется свой, только ему присущий спектр излучения. Анализируя, например, солнечный свет (свет является электромагнитным излучением) с помощью оптических приборов, можно определить химический состав и процентное содержание элементов во внешних оболочках Солнца.

В современной естественно-научной картине мира как вещество, так и поле состоят из элементарных частиц, а частицы взаимодействуют друг с другом, взаимопревращаются. На уровне элементарных частиц происходит взаимопревращение поля и вещества. Так, фотоны могут превратиться в электронно-позитронные пары, а эти пары в процессе взаимодействия уничтожаются (аннигилируются) с образованием фотонов. Более того, вакуум тоже состоит из частиц (виртуальных частиц), которые взаимодействуют как друг с другом, так и с обычными частицами. Таким образом, исчезают фактически границы между веществом и полем и даже между вакуумом, с одной стороны, и веществом и полем - с другой. На фундаментальном уровне все грани в природе действительно оказываются условными. В современной естественно-научной картине мира вещество и поле взаимопревращаются. Поэтому в настоящее

время предпринимаются настойчивые попытки создать единую теорию всех видов взаимодействий.

При наличии нескольких полей для определения результирующего взаимодействия применяют принцип суперпозиции. Принцип суперпозиции в естествознании позволяет получать результирующий эффект от наложения (суперпозиции) нескольких независимых взаимодействий как сумму эффектов, вызываемых каждым взаимодействием в отдельности. Он справедлив для систем, описываемых линейными уравнениями. Принцип суперпозиции широко используется в механике, теории колебаний и волновой теории физических полей. В квантовой механике принцип суперпозиции относится к волновым функциям. Согласно этому, если физическая система может находиться в состояниях, описываемых двумя или несколькими функциями, то система может также находиться в состоянии, описываемом любой линейной комбинацией этих функций.

Взаимодействие между частицами (заряженными и незаряженными) можно описывать при помощи полей, но можно и не вводить понятие поля. Концепцию, в соответствии с которой взаимодействие между частицами описывают напрямую, без введения понятия поля, называют концепцией дальнодействия . Название это означает, что частицы взаимодействуют на далеком расстоянии. Наоборот, вторую концепцию, в соответствии с которой взаимодействие осуществляется через посредство поля (гравитационного и электромагнитного), называют концепцией близкодействия . Смысл понятия близкодействия заключается в том, что частица взаимодействует с полем, которое имеется вблизи нее, хотя само это поле может создаваться частицами, находящимися очень далеко.

В первом случае на заряд \(q\) действует сила \(F\) со стороны заряда \(Q\), находящегося на расстоянии \(r\). Во втором случае заряд \(Q\) создает в пространстве вокруг себя поле \(\vec{Е}(x, y, z)\). В частности, в точке с координатами \(x_{0}\), \(y_{0}\), \(z_{0}\), где находится заряд \(q\), создается поле \(\vec{Е}(x_{0}, y_{0}, z_{0})\). Это поле, а не непосредственно заряд \(Q\) взаимодействует с зарядом \(q\).

Исторически знания о природе развивались таким образом, что концепция близкодействия, предложенная в 30-е гг. XIX в. английским физиком М. Фарадеем, воспринималась лишь как удобное описание.

Положение принципиально изменилось после открытия электромагнитных волн, распространяющихся с конечной скоростью - скоростью света. Из теории электромагнитных волн следовало, что любое изменение электромагнитного поля распространяется через пространство также со скоростью света. Можно сказать, что если заряд \(Q\) в какой-то момент времени начнет движение, то заряд \(q\) «ощутит» изменение действующей на него силы не в тот же момент времени, а спустя время \(r/c\) (\(c\) - скорость света), т. е. время, необходимое для того, чтобы электромагнитная волна дошла от заряда \(Q\) до заряда \(q\).

Конечность распространения электромагнитных волн приводит к тому, что описание электромагнитного взаимодействия на основе концепции дальнодействия становится неудобным.

Чтобы понять это, рассмотрим следующий пример. В 1054 г. на небосводе появилась яркая звезда, свет которой наблюдался даже днем в течение нескольких недель. Затем звезда угасла, и в настоящее время в районе небесной сферы, где находилась звезда, отмечается слабо светящееся образование, которое получило название Крабовидной туманности. В соответствии с современными представлениями об эволюции звезд произошла вспышка звезды, во время которой ее мощность излучения увеличилась в миллиарды раз, после чего звезда распалась. На месте ярко светящейся звезды образовались практически не излучающая нейтронная звезда и расширяющееся облако слабо светящегося газа.

С точки зрения концепции близкодействия наблюдение света звезды сводится к следующему. Заряды, находящиеся на звезде, создали поле, которое в виде волны дошло до Земли и оказало воздействие на электроны в сетчатке глаза наблюдателя. При этом волна достигла Земли за сотни лет. Люди наблюдали вспышку звезды, когда самой звезды уже не было. Если попробовать описать это наблюдение на основе концепции дальнодействия, то приходится считать, что заряды в сетчатке глаза взаимодействуют не с зарядами звезды, а с теми, которые когда-то были на звезде, которой уже нет. Заметим, что в процессе образования нейтронной звезды многие заряды исчезают, поскольку из электронов и протонов образуются нейтроны - нейтральные частицы, практически не участвующие в электромагнитном взаимодействии. Согласитесь, что описание на основе взаимодействия с тем, что когда-то было, но не существует в настоящий момент времени, «не очень удобное».

Другая причина признать поле материальным связана с тем, что электромагнитная волна переносит через пространство энергию и импульс . Если поле не считать материальным, то следует признать, что энергия и импульс не связаны с чем-то материальным и сами по себе переносятся через пространство.

Сформулированная в 1905 г. Альбертом Эйнштейном теория относительности базируется на постулате, в соответствии с которым не существует взаимодействий (в том числе и фундаментальных), распространяющихся быстрее света.

Мы начали с «материализации духов». Так вот... Физики - народ остроумный, и понятие «духи» уже используется в современной теории поля. Можно сказать, что пока еще эти духи не материализованы, т. е. не наблюдаются на опыте. Но и наука о фундаментальных полях пока еще не завершена.

Конечность распространения фундаменталь­ных полей и их связь с энергией и импуль­сом (перенос энергии и импульса этими по­лями) приводят к признанию этих полей в качестве одной из составляющих материи. Материя, таким образом, представлена час­тицами (веществом) и фундаментальными полями.

Взаимодействие материи – неотъемлемое свойство материи, выступающее как причина движения материи.

Фундаментальные взаимодействия - различные, не сводящиеся друг к другу типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел.

Существуют четыре типа взаимодействия:

1. Гравитационное взаимодействие – ответственно за взаимодействие между телами, обладающими массой. Является определяющим в мегамире – мире планет, звезд, галактик.

2. Электромагнитное взаимодействие - ответственно за взаимодействия между электрически заряженными частицами и телами. Существенно в макромире и атомных явлениях. Определяет строение и свойства атомов и молекул.

3. Сильное взаимодействие - ответственно за взаимодействие между кварками и адронами, за связь нуклонов в ядре. Является определяющим в микромире.

4. Слабое взаимодействие - ответственно за другие виды взаимодействия между элементарными частицами - все виды бета-распада ядер, процессы взаимодействия нейтрино с веществом, за многие распады элементарных частиц. Проявляет себя в микромире.

Рационалистическое мировоззрение предполагает, что любое событие имеет материальную причину: воздействие со стороны материального тела (тел). Поэтому любая программа рационального объяснения окружающего мира включает в себя представления о механизмах взаимодействия материальных объектов.

Концепция близкодействия предполагает, что взаимодействие возможно только при непосредственном контакте взаимодействующих объектов, любое действие на расстоянии должно передаваться через материальных посредников, так называемых переносчиков взаимодействия, с конечной скоростью.

Концепция дальнодействия предполагает, что взаимодействие материальных тел не требует материального посредника и может передаваться мгновенно.

Концепция близкодействия была выдвинута Аристотелем, который был убежден в отсутствие пустоты в мире. Следовательно, между любыми двумя взаимодействующими телами располагается ряд примыкающих друг к другу других тел, которые передают взаимодействие при непосредственном контакте.

В XVII в. концепция близкодействия была развита Рене Декартом. В механике Декарта взаимодействие происходит только путём давления или удара, т.е. при соприкосновении тел.

Концепция дальнодействия прослеживалась в атомистической теории Демокрита и Левкиппа, так как взаимодействие между атомами передавалось через пустоту.

В механической картине мира , основоположником которой был Исаак Ньютон, принята концепция дальнодействия, при этом считалось, что действие одного тела на другое – это всегда и действие второго на первое, то есть взаимодействие.

В конце XIX в. возникла новая идея – идея поля, основная роль которого – передача взаимодействия. Майкл Фарадей выдвинул идею электромагнитного поля, передающего взаимодействие при электризации проводников и намагничивании вещества. Развил и математически оформил эту идею Максвелл. Таким образом, в основе электромагнитной научной картине мира лежит концепция близкодействия. Механизм передачи взаимодействия с помощью поля состоит в следующем. Тело, участвующее во взаимодействии, создает вокруг себя поле, которое занимает область пространства радиусом равным радиусу взаимодействия. Другие тела взаимодействуют не непосредственно с первым телом, а с созданным им полем в тех точках, где они находятся. Изменение состояния одного из взаимодействующих тел вызывает возмущение созданного им поля, которое распространяется в виде волны, достигает других тел, и только тогда их состояние начинает изменяться. Наряду с электромагнитным полем, которое переносит электромагнитные взаимодействия, в электромагнитной картине мира рассматривается также гравитационное поле – переносчик гравитационных сил.

В современной картине мира идея поля получила дальнейшее развитие. Полевой механизм взаимодействия был уточнен в квантово-полевой механизм . С позиций современной физики все формы существования материи дискретны. Возмущение поля – волна – согласно корпускулярно-волновому дуализму, может одновременно рассматриваться как совокупность частиц – квантов полей. Поэтому взаимодействие, переносимое полем, рассматривается как процесс обмена квантами поля между взаимодействующими телами и частицами вещества. Кванты, которыми обмениваются взаимодействующие тела, представляют собой не обычные частицы, а виртуальные частицы. Виртуальные частицы отличаются тем, что обнаружить их за время их существования невозможно. Об их существовании и свойствах можно судить только косвенно – по силе переносимого взаимодействия. Непосредственно зарегистрировать виртуальную частицу нельзя. Например, виртуальный фотон по зрительному ощущению на сетчатке глаза зарегистрировать нельзя. Описание механизма взаимодействия на языке обмена виртуальными частицами не исключает, а дополняет классическое описание на языке полей и волн. Таким образом, концепция дальнодействия в науке оказалась отброшенной окончательно.

Дальнодействие и близкодействие – две противоречащие друг другу теории классической физики, появившиеся в начале её зарождения.

Дальнодействие можно представит как мгновенное распространение гравитационных и электрических сил через пустое абсолютное пространство, в котором силы находят свою конечную цель благодаря божественному провидению.

Концепция близкодействия, основоположниками, которой были Декарт, Френель и Фарадей опиралась на понимание пространства как протяженности вещества и эфира, в котором свет распространялся с конечной скоростью в виде волн.

Имена данная концепция в последующем определила понятие поля, от точки к точке которого и передавалось взаимодействие. Данное представление взаимодействия и пространства, в физике, было развито далее в XX веке, в постулатах теории относительности и квантовой механики. Пространство и время вновь стали пониматься как атрибуты материи, определяющиеся ее связями и взаимодействиями.

Современное представление о времени и пространстве было сформулировано в теории относительности Эйнштейна.

Согласно теории дальнодействия, тела действуют друг на друга без посредников, через пустоту, на любом расстоянии, и такое взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью. Примером дальнодействия можно считать силу всемирного тяготения в классической теории гравитации Ньютона.

Согласно концепции близкодействия, тело может действовать только на своё непосредственное окружение, а всякое действие на расстоянии должно осуществляться при помощи тех или иных посредников.

Принципиальное отличие двух концепций можно рассмотреть на примере – взаимодействии двух точечных частиц.
Концепция близкодействия постулирует, что в процессе этого взаимодействия частица А испускает другую частицу – С, при этом ее скорость и импульс меняются, согласно законам сохранения. Частица С поглощается частицей В, что, в свою очередь, приводит к изменению импульса и скорости последней. В результате создается иллюзия непосредственного влияния частиц друг на друга.

В физике нашего времени существует явное разграничение материи на источники взаимодействий, которые называются веществом и частицы-переносчики взаимодействий, которые называются поле.

Значительным отличием концепции близкодействия от концепции дальнодействия служит существование максимальной скорости распространения взаимодействий то есть скорости света.

Динамические законы представляют собой физические законы, отображающие объективную закономерность в форме однозначной связи определённых физических величин количественно выраженных.

Первым динамическим законом является динамическая механика Ньютона. Позже Лаплас абсолютизировал динамические закономерности и вывел принцип, согласно которому все явления в мире детерминированы, т.е. предопределены необходимостью, случайных же явлений и событий не существует.

Вместе с динамическими законами существуют законы вероятностные, то есть вероятностное прогнозирование объективных закономерностей на основе вероятностных законов. Они называются статистическими законами. Данные законы гласят, что предсказать событие можно не однозначно, а с определенной степенью вероятности.

Вероятностными эти законы называются потому, что заключения, основанные на них, не могут быть однозначными, по причине того, что сама информация носит статистический характер, эти законы называют статистическими. Основоположником их можно считать Максвелла. Вероятность имеет объективный характер, то есть из определённого множества событий можно выявить некую закономерность и выразить её определённым числом.