Поля и волны

Максвелл также ввел одно из важнейший понятий классической науки - понятие поля как пространства вне масс и зарядов, передающего их взаимодействие. Стало ясно, что материя может существовать в виде вещества, состоящего из частиц, и в виде поля. Передаются взаимодействия с помощью волн. Волну можно определить как передачу энергии без передачи вещества. Волны бывают продольными (звук) и поперечными (электромагнитные). Наука о распространении звука называется акустикой. Звук хорошо передается в воздухе, жидкости и в твердом веществе (кристалле), но не распространяется в вакууме. Скорость звука в воздухе составляет примерно 340 м/сек.

Вернемся к понятию поля. Максвелл ввел два вида поля – гравитационное, описываемое законом Всемирного тяготения, и электромагнитное, описываемое уравнениями Максвелла.

В ХХ веке появилось еще два вида полей (взаимодействий) - сильное и слабое. Частицы, участвующие в сильном взаимодействии, называются адронами, к ним относятся, в частности, протоны, нейтроны и мезоны. Одно из проявлений сильного взаимодействия - ядерныесилы, связывающие протоны и нейтроны в атомных ядрах. Сильные взаимодействия имеют очень малый радиус действия, равный размеру атомного ядра, и на этих расстояниях превосходят все другие типы взаимодействий. В слабых взаимодействиях участвуют элементарные частицы – электроны, позитроны, мюоны и нейтрино. Наиболее распространенный процесс, обусловленный слабым взаимодействием - бета - распад радиоактивных атомных ядер (подробнее обо всех этих частицах см. в разделе МИКРОМИР).

По интенсивности эти поля располагаются так: самое интенсивное – сильное поле, затем – электромагнитное (оно примерно в 1000 раз менее интенсивно), затем слабое и наконец гравитационное. Но природа едина, и поэтому лучшие умы ХХ века - А. Эйнштейн, наши выдающиеся соотечественники Л.Д. Ландау, П.Л. Капица, А.Ф. Иоффе, И.Е. Тамм - пытались создать единую теорию поля. Пока что эти попытки не увенчались успехом, и на сегодняшний день (начало ХХ1 века) единая теория поля еще не создана. Пока что создана только теория электрослабых взаимодействий.

Рассмотрим несколько подробнее электромагнитное поле. Предсказанные Максвеллом электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света (3´10⁸ м/сек), имеют различную длину и образуют электромагнитный спектр. Самые коротковолновые – это гамма- и рентгеновские лучи, затем с возрастанием длины волны следуют ультрафиолетовое, видимое инфракрасное и микроволновое излучение и, наконец, радиоволны. Впервые экспериментальное доказательство существования электромагнитных волн было осуществлено немецким физиком Генрихом Герцем (1857 - 1894).

Первое практическое применение электромагнитных волн для связи было осуществлено в 1896 г. русским ученым Александром Степановичем Поповым (1869 - 1906). Однако изобретателем радиосвязи в мировой науке считают итальянца Г. Маркони: с незапамятных времен на достижения русской науки закрывают глаза, их просто игнорируют.

В какой среде распространяются электромагнитные волны? Дж. Максвелл выдвинул идею существования неподвижного плотного эфира, заполняющего пространство. Система отсчета, связанная с неподвижным эфиром, отождествлялась с абсолютным пространством. Впоследствии Альберт Майкельсон (1852 – 1931) своим блестящим опытом опроверг существование эфира.

Электромагнитное поле может проявляться в разных формах: 1) электрический ток; 2) различные виды излучения, о которых было сказано выше; 3) тепловое (инфракрасное) излучение;

4) химические связи между атомами в молекулах; 5) нервные

импульсы в живых организмах (специфические слабые электрические токи, источником которых является головной мозг);

это слабое электромагнитное поле называется биополем. Проблема биополя в настоящее время вызывает острейшие дискуссии (гипноз, эктрасенсы и прочее).

Таким образом, к концу Х1Х века наука об электромагнетизме (электромагнитная картина мира) была закончена как экспериментально (труды А. Ампера, Х. Эрстеда, М. Фарадея) так и теоретически (работы Дж. Максвелла).