Тема 4 Корпускулярная и континуальная

Концепции описания природы

Вещество и поле

Формами существования материи являются вещество и поле. Под веществом обычно понимают различные частицы и тела, которым присуща масса покоя. Поле (физическое) – особая форма материи, связывающая частицы вещества в единые системы и передающая с конечной скоростью действие одних частиц (тел) на другие. Поля и их кванты массы покоя не имеют, хотя обладают энергией, импульсом и некоторыми другими свойствами. Выделяют гравитационное, электростатическое, магнитное, электромагнитное поля, поля сильных и слабых взаимодействий.

В классической физике поле и вещество противопоставлялись друг другу как два вида материи, у первого из которых структура дискретная, а у второго – непрерывная. Квантовая физика внесла идею о двойственной корпускулярно-волновой природе любого микрообъекта. Поле и вещество нельзя противопоставлять друг другу. Поля входят в структуру вещества: во всех системах внутреннее пространство ”занято” полями, на долю собственно частиц приходится ничтожно малая часть общего объема системы. В свою очередь, квантами полей выступают частицы, относящиеся к веществу. В этой неразрывной взаимосвязи частиц и полей проявляется единство прерывности и непрерывности в структуре материи.

Частицы обладают относительной прерывностью и локализованностью в пространстве, тогда как поля непрерывно распределены в нем. При этом поля не являются абсолютно континуальными средами. При излучении и поглощении они проявляются дискретно – в виде квантов: фотонов, мезонов и др. Кванты полей взаимодействуют с частицами вещества как дискретные образования. Частицы вещества тоже нельзя представить в виде микроскопических шариков с абсолютно резкими гранями. Частицы неотделимы от полей и нельзя указать, где кончается собственно частица и начинается ее внешнее поле. Микрообъекты также обладают волновыми свойствами.

После работ Ньютона и триумфа закона всемирного тяготения в науке утвердилась концепция дальнодействия. Согласно этой концепции взаимодействие между телами осуществляется непосредственно через пустое пространство и происходит мгновенно. Считалось, что перемещение Земли должно сразу же приводить к изменению силы тяготения, действующей на Луну.

Открытие и исследование электромагнитного поля привело к другим представлениям о передаче взаимодействия. Было установлено, что перемещение одной заряженной частицы приводит к изменению сил, действующих на другие частицы не мгновенно, а с некоторым запаздыванием. Каждая заряженная электрическая частица создает вокруг себя электромагнитное поле, действующее на другие заряженные частицы. Другими словами, взаимодействие передается через посредника – электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью. Скорость распространения электромагнитного поля равна скорости света. Позднее эти представления распространили на любые другие взаимодействия, возникла новая концепция близкодействия. Согласно этой концепции взаимодействие между любыми объектами осуществляется посредством тех или иных полей, которые распространяются в пространстве с конечной скоростью.