Электромагнитная теория

В обычном состоянии любое тело содержит равное количество разноименных зарядов, взаимно нейтрализующих друг друга. Электрический заряд является дискретным, т.е. состоящим из отдельных элементарных порций. Электрический заряд, находясь в пространстве, искажает его свойства, т.е. создает поле. Это поле называется электростатическим. Силовой характеристикой электростатического поля является его напряженность. В отличие от незамкнутых линий электрического поля силовые линии магнитного поля замкнуты, т.е. оно является вихревым. Энергетической характеристикой поля является потенциал.

Система уравнений для электрических и магнитных полей:1. Электрическое поле, соответствующее какому-либо распределению заряда, определяется из закона Кулона. 2. Магнитные заряды не существуют. 3. Переменное магнитное поле возбуждает электрический ток. 4. Магнитное поле возбуждается токами и переменными электрическими полями.

Закон сохранения электрического заряда: в электрически замкнутой системе сумма зарядов есть величина постоянная. Величина заряда не зависит от его скорости.

Закон Кулона: F = K q₁q₂ / er². Сила электромагнитного поля убывает пропорционально квадрату расстояния.

Квантово-полевая теория

Гипотеза Планка: электромагнитное излучение испускается отдельными порциями – квантами, величина которых пропорциональна частоте излучения. Энергия кванта e = h×n, где n – частота, а h – постоянная Планка. Энергия может принимать лишь дискретные значения, равному целому числу квантов энергии.

По современным представлениям, квантовый объект – это не частица, не волна, а нечто третье. Принцип дополнительности: корпускулярные и волновые свойства микрообъекта в равной мере характеризуют объект, т.е. дополняют друг друга. Для полного описания квантово-механических явлений необходимо применять два взаимоисключающих (дополнительных) набора классических понятий, совокупность которых дает наиболее полную информацию об этих явлениях.

Принцип неопределенности Гейзенберга: Микрочастица, обладая волновыми свойствами, не имеет траектории, а значит, не может иметь одновременно определенных (точных) значений координаты и импульса. Другими словами, мы можем говорить о значениях координаты и импульса микрочастицы только с некоторой степенью приближения. Эта неопределенность не связана с несовершенством приборов. Речь о том, что принципиально нельзя определить одновременно координату и импульс частицы точнее, чем это допускает соотношение неопределенностей.

Принцип соответствия: Теории, справедливость которых была экспериментально установлена для определенной группы, с появлением новой теории не отбрасываются, а сохраняют свое значение для прежней области явлений, как предельная форма и частный случай новых теорий.

Принцип относительности к средствам наблюдения: Ранее считалось, что устройство мира можно познавать, не вмешиваясь в него, не влияя на протекающие в нем процессы, т.е. находясь как бы вне его. Но в квантовой механике картина реальности становится как бы двуплановой: с одной стороны в нее входят характеристики исследуемого объекта, а с другой – условия наблюдения.

Пространство, время и причинность. Мир рассматривается как четырехмерный (пространственно-временной континуум Минковского). Относительность пространства-времени и причинности приводит к неопределенности координат и скорости в данный момент, к отсутствию траектории движения микрообъекта. Поведение каждой частицы подчиняется статистическим законам. Таким образом, причинность в современной квантовой механике имеет вероятностный характер.

Элементарные частицы – это частицы, входящие в состав прежде «неделимого» атома. К наиболее известным относятся электрон, фотон, пи-мезон, мюон, нейтрино. Новейшие исследования подтверждают выдвинутую ранее гипотезу о существовании еще «более элементарных» частиц – кварков.

Взаимодействие. Все многообразие взаимодействий подразделяется в современной физической картине мира на 4 типа: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. По современным представлениям все взаимодействия имеют обменную природу, т.е. реализуются в результате обмена фундаментальными частицами – переносчиками взаимодействий.