Поле

Одной из  форм проявления материи, наряду с веществом,  является поле.

Поле физическое – особая форма проявления материи, система с бесконечным числом степеней свободы. К полям физическим относятся электромагнитные и гравитационные поля, поле ядерных сил, а также волновые (квантовые) поля, соответствующие различным частицам (например, электрон-позитронное поле). Источниками поля физического являются частицы (например, для электромагнитного поля – заряженные частицы). Создаваемые частицами поля физические переносят взаимодействие между соответствующими частицами (в квантовой теории взаимодействие обусловлено обменом квантами(1) поля между частицами).

 

                                Большой Энциклопедический словарь

 

 

(1)   Квант – неделимая часть какой-либо величины в  физике, а также общее название определенных порций энергии, момента количества движения, его проекции и других величин в микросистемах.

Физическое поле, таким образом, можно характеризовать как распределенную динамическую систему, обладающую бесконечным числом степеней свободы.

 

Однако, на главный вопрос: “что такое поле?” такое определение ответа не дает. Кроме того, эта формулировка не отражает генетической связи материи, поля и вещества.

 

Прежде, чем дать новое определение поля, выясним, является ли поле материальной средой, или же это состояние среды. Известно, что вблизи заряженных тел существует электромагнитное поле. По мере удаления от них оно ослабевает и потом исчезает совсем. Что происходит? Исчезла материальная среда или же ее возбужденное состояние? Очевидно, что второе.

 

После таких уточнений, можно дать следующее определение полям физическим: Поля физические - это энергонасыщенное состояние материи. Примерами полей физических могут служить электромагнитное поле, гравитационное поле, поле ядерных сил. Существуют поля, порождаемые частицами и свободные поля ( например, электромагнитные волны).

 

Поле можно представить следующей обобщенной формулой:

 

 

Поле = Материя(М)+Энергия(Е)

Таким образом, поле представляет собой составную сущность, в которой материя является лишь одной из составляющих. Другой составляющей является энергия.

Главные отличия вещества от поля заключаются в том, что:

 

§     вещество обладает массой покоя, механической массой, тогда как электромагнитное, гравитационное и другие поля, а также нейтрино массой покоя не обладают;

 

§     вещество относительно непроницаемо, скорость движения частиц вещества всегда меньше скорости света, в веществе - значительная концентрация массы и энергии. Поле не имеет массы покоя, легко проницаемо, обладает волновой природой, характеризуется слабой концентрацией массы и энергии, а также скоростью света;

 

§     вещество и поле могут взаимно превращаться друг в друга: так, при столкновении электрона и позитрона, обладающих вещественными свойствами частиц, образуются два фотона (кванта света), т. е. вещественная форма превращается в полевую форму материи, при этом не происходит уничтожения материи как таковой.

 

Поля и их кванты массы покоя не имеют, хотя обладают энергией, импульсом и множеством других свойств. Поле и вещество нельзя противопоставлять друг другу. В структуре вещества все внутреннее пространство “занято” полями. На долю собственно частиц приходится ничтожная часть общего объема системы - примерно 10-36 - 10-40 объема, т.е. поля входят в структуру вещества. В тоже время квантами полей выступают частицы, относящиеся к веществу. В этой неразрывной связи видно одно из важнейших проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре материи.

 

 

В качестве примера можно привести следующий факт. Открытие в 1911 году Э. Резерфордом атомного ядра показало, что вещество состоит в основном из ... пустоты,  так как вся масса атома сосредоточена в ядре, размеры которого  приблизительно в 105 раз меньше атома.

Если представить себе сферу диаметром 1 км и внутри нее шарик диаметром 1,5 см, то эта модель и будет иллюстрировать относительные размеры атома водорода: большая сфера - это атом в целом, а шарик внутри - ядро (протон).

 

Частицы обладают относительной прерывностью и локализованностью в пространстве, поля же непрерывно распределены в нем. При этом поля не являются абсолютно континуальными средами, т.е. не являются сплошными материальными средами.

 

При излучении и поглощении они проявляются относительно дискретно - в виде квантов, фотонов, мезонов и т.д. Кванты полей взаимодействуют с частицами вещества как дискретные образования. Частицы вещества также нельзя представлять в виде каких-то микроскопических шариков с абсолютно четко очерченными гранями. Частицы неотделимы от полей и не существует абсолютно резкой границы, где кончается частица и начинается ее внешнее поле. В пограничной области существует непрерывный взаимопереход полей и частиц.

 

 

Микрочастицы вещества обладают двойственной природой: природой частицы и волны одновременно. Их волновые свойства описываются уравнением волны де Бройля   λ = h/mv,  где h- постоянная Планка, m –масса частицы, v – скорость ее движения.

Общая классификация полей

 

Физические поля - это особая форма проявления материи, которая создается источниками поля - физическими телами (“вещами”), частицами микромира, обладающими массой, а также заряженными частицами. Физические поля, как считается, обладают большим числом степеней свободы и могут различаться по своему характеру. Кроме того, они обладают энергией и импульсом, как и вещество, но не обладают массой покоя.

В качестве примера могут служить поля гравитационные - создаваемые вокруг себя телами, обладающими массой (прежде всего большой массой; такие, как звезды, планеты). Результатом взаимодействия физических тел и одновременно проявлением гравитационных полей становятся силы притяжения. Они определяются массой взаимодействующих вещей и расстоянием между ними. Гравитационное поле тем сильнее, чем больше масса взаимодействующих тел и чем меньше расстояние между ними.

 

Другой пример - электромагнитное поле. Оно создается заряженными частицами, характеризуется напряженностью и потенциалом поля. Это поле представляет единство электрического и магнитного полей.

 

Кроме того, выделяют поля ядерных сил, сильные и слабые взаимодействия.

 

Закономерности, связанные возникновением, изменением и распространением различного типа полей,  продолжают активно изучаться естественными науками. Полученные знания используются в создании различных устройств и целых систем, играющих все большую роль в жизни человека. Достаточно сказать об электроэнергии, о современных средствах массовой коммуникации, об информационных технологиях и т.д.