Что является решающим аргументом в пользу теории близкодействия
Дальнодействие и близкодействие (или короткодействие) – две концепции классической физики, противоборствовавшие на заре её становления и до сих пор.
Дальноде́йствие — концепция, согласно которой тела действуют друг на друга без материальных посредников, через пустоту, на любом расстоянии. Такое взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью (но подчиняется определённым законам). Примером силы, считавшейся одним из примеров непосредственного действия на расстоянии, можно считать силу всемирного тяготения в классической теории гравитации Ньютона, силу кулоновского взаимодействия двух электрических зарядов до создания теории Максвелла и магнитные силы в конкурировавших с максвелловской теорией теориях электромагнетизма Вебера и других.
Близкодействие (или короткодействие) — концепция, согласно которой взаимодействия передаются с помощью особых материальных посредников и с конечной скоростью. Например, в случае электромагнитных взаимодействий таким посредником является электромагнитное поле, распространяющееся со скоростью света.
Важным отличием теории близкодействия от теории дальнодействия является наличие максимальной скорости распространения взаимодействий (полей, частиц), совпадающей со скоростью света.
В современной физике эти понятия иногда используются в другом, понятном из контекста, смысле, а именно, дальнодействующими полями называют гравитационное и электромагнитное (они подчиняются в классическом пределе закону обратных квадратов), а короткодействующими — поля сильного и слабого взаимодействия, которые быстро спадают с расстоянием на больших масштабах, и поэтому проявляются лишь при малых расстояниях между частицами. Хотя и эти силы можно просто назвать “короткодействующими” – и никаких проблем с определениями.
Контактное взаимодействие
Взаимодействие в графическом виде можно определить в соответствии с диаграммами (рис.1), (рис.2) и (рис.3). Здесь все рисунки поясняют одно и то же взаимодействие – взаимодействие материальных объектов (м.о.) – только с разных точек зрения.
На первом рисунке показано непосредственное, контактное взаимодействие.
Рис. 1. Контактное взаимодействие материальных точек: материальные точки взаимодействуют непосредственно в одной точке бесконечно короткое время и разлетаются с новыми параметрами. События A и B здесь совмещены в пространстве и времени и могут быть как зависимыми, так и независимыми.кой тип взаимодействия (с оговоркой – в пределах возможности применения) осуществляется почти везде в механических устройствах типа “тяни-толкай”, применяемых в земных условиях. Их особенность – силы, приложенные к разным телам, прикладываются в одной и той же точке. И такие виды взаимодействий полностью описываются тремя законами механики Ньютона.
Следующий, второй, рисунок может объяснить как взаимодействие контактного типа, так и взаимодействия на расстоянии. При контактном взаимодействии этот рисунок соответствует не упругому соударению объектов. В этом случае сначала происходит слияние взаимодействующих объектов, с последующим распадом. С т.з. этого рисунка предыдущий рисунок является предельным случаем этого.
Разновидностью этого же типа классического контактного взаимодействия является взаимодействие в соответствии с рисунком 3. Только здесь поменялись местами событие слияния и распада. Таким образом, все три рисунка могут объяснять контактное классическое взаимодействие. Но реально контактное классическое взаимодействие рассматривается только рисунком 1. А с помощью рисунков 2 и 3 объясняется полевое взаимодействие материальных объектов на расстоянии. При этом напомню – взаимодействие на расстоянии никак не может быть контактным. А не контактные взаимодействия разделяются на дальнодействующие и близкодействующие. И те, и другие можно графически показать одними и теми же рисунками – 2 и 3.
Гравитационное взаимодействие по Ньютону
Для взаимодействия м.о. на расстоянии Ньютону не понадобились какие либо объяснения. Единственное, что надо знать по Ньютону – это закон взаимодействия на расстоянии.
где g –гравитационная постоянная,
m1, m2 – массы взаимодействующих тел,
R – расстояние между ними.
И это взаимодействие – дальнодействующее. А это значит, что два тела влияют друг на друга мгновенно. Ньютон не строил гипотез о причине взаимодействия. Этим занялись другие. Причем рассматривались как дальнодействующие, так и близкодействующие схемы взаимодействия.
Гравитационное взаимодействие по Ле-Саж
Объяснением гравитации по этому занимались многие ученые мужи, жившие одновременно с Ньютоном, так и позже. В 1690 году женевский математик Никола Фатио де Дюилье и в 1756 Жорж Луи ЛеСаж в Женеве предложили простую кинетическую теорию гравитации, которая дала механическое объяснение уравнению силы Ньютона. Похожие теории выдвигали в 1731 году швейцарский математик Габриель Крамер, В 1736 году германский врач Редекер тоже публикует похожую теорию.
Кроме того, во втором десятилетии XX века Альберт Эйнштейн создал общую теорию относительности, правда, признание к ней пришло несколько позже.
Рис. 2. Взаимодействие с полем типа поглощение-излучение ЭЧВ. Теория Ле-Сажа довольствуется этой диаграммой с совмещенными точками A и B. Левая часть описывает поглощение поля в точке A, правая часть описывает излучение (отражение) поля в точке B. Направления поглощения и излучения могут быть независимыми, т.е. события A и B независимы.
Основой этих теории является объяснение в соответствии с рис.2. Первым постулатом предполагается, что в пространстве существует особый поток элементарных частиц вещества (ЭЧВ). Вторым постулатом предполагается, что материальные тела поглощают эти ЭЧВ и обратно излучаются в произвольном направлении. Обратное излучение необходимо с целью сохранения “массы” м.о. В противном случае м.о. может “распухнуть”. Третий постулат предполагает, что материальные тела могут затенять друг друга от потока этих ЭЧВ, в результате чего действующий на м.о. поток становится не изотропным и за счет этого получается дисбаланс сил, действующих на него с разных направлений. В результате получаем закон взаимодействия по Ньютону.ис. 3. Обменное взаимодействие ЭЧВ за счет собственных ресурсов материальных точек. Правая половина взаимодействия, показанного на рис.2, не может существовать без левой половины, потому что взаимодействие предполагает “поглощение” поля. Здесь субъект слева, объект – справа. События A и B здесь также независимы.
Рис. 3. Обменное взаимодействие ЭЧВ за счет собственных ресурсов материальных объектов. Правая половина взаимодействия, показанного на рис.2, не может существовать без левой половины, потому что взаимодействие предполагает “поглощение” поля. Здесь субъект слева, объект – справа. События A и B здесь также независимы.
Взаимодействие по Ле-Сажу можно объяснить и по рис.3. Только в этом случае можно обойтись собственными средствами материальных объектов. Здесь вместо первого постулата принимается способность материальных объектов создавать собственное поле излученных им ЭЧВ, которое взаимодействует с другими телами. Но здесь также есть слабое место. М.о., в отличие от прежнего случая “распухания”, может (и должен) “усохнуть”. Чтобы не усох полностью, м.о. в пространстве должны быть распределены примерно равномерно. Интересный случай – “замкнутое” пространство конечного “объема”.
Возможна ли такая схема взаимодействия по Ньютону?
Будет продолжение. С формулами.
Ссылка на мою статью Как написать формулы в статье на Дзен?
Мои странички на Дзен: https://zen.yandex.ru/id/5e036c95fc69ab00aecfe6e9
Если хотите узнать, что обозначает слово или словосочетание, в ОПЕРЕ выделите это слово(сочетание), нажмите правую клавишу мыши и выберите “Искать в …”, далее – “Yandex”. Если это текстовая ссылка – выделите ее, нажмите правую клавишу мыши, выберите “перейти …”. Все! О-ля-ля!
Если вам понравилась статья, то поставьте “лайк” и подпишитесь на канал! Если не понравилась – все равно комментируйте и подписывайтесь. Этим вы поможете каналу. И делитесь ссылками в ваших соцсетях!
После установления законов Ньютона стало ясно, что причиной любого движения является взаимодействие между телами. Однако оставался вопрос о механизме этого взаимодействия: осуществляется ли оно только при непосредственном контакте, или возможно действие на расстоянии. Рассмотрим этот вопрос более детально.
Близкодействие и дальнодействие
Опыт любого человека говорит о том, что тела взаимодействуют либо непосредственно, касаясь друг друга, либо посредством некоторой среды, в которой также происходит некоторая «цепочка» непосредственных взаимодействий от одного тела к другому.
Поэтому с античных времен в философии и физике существовала теория близкодействия, согласно которой взаимодействие всегда передается только при непосредственном касании тел. Если же тела находятся далеко, то взаимодействие может быть передано лишь посредством некоторых материальных переносчиков, роль которых обычно исполняет вещество среды. И в этом случае для передачи взаимодействия требуется некоторое время.
Рис. 1. Теория близкодействия.
Однако с установлением законов небесной механики возникли сомнения в необходимости присутствия переносчиков для взаимодействия. Небесные тела влияли друг на друга без всяких видимых связей, и это влияние было мгновенно, несмотря на большие расстояния.
Появилась концепция действия на расстоянии (дальнодействия), согласно которой для взаимодействия телам не требуется никакой среды и никаких переносчиков.
Теория дальнодействия получила подкрепление с успехами электродинамики. Заряды «чувствовали» друг друга напрямую, движение одного заряда тут же влияло и на другой заряд. И, что очень важно, это происходило мгновенно: никакими приборами не удавалось зафиксировать ни малейшей задержки между началом движения одного заряда и изменением силы, действующей на другой заряд. Отсюда следовало, что никакой «связующей среды» и никаких «переносчиков» для взаимодействия зарядам не требуется.
Факты, говорящие о дальнодействии, были столь серьезны, что этой концепции придерживались многие крупнейшие исследователи, такие как А. Ампер или Ш. Кулон.
Рис. 2. Теория дальнодействия.
Современные взгляды
После вывода уравнений Дж. Максвелла стало ясно, что электромагнитные взаимодействия распространяются с конечной скоростью. Это противоречило концепции дальнодействия. Позже была разработана квантовая теория, согласно которой электромагнитные взаимодействия переносятся не непрерывно, а «порциями» — квантами (они были названы фотонами). В результате снова более обоснованной стала теория близкодействия, требующая для любого взаимодействия наличия некоторого переносчика, причем перенос взаимодействия происходит с конечной скоростью.
Открытие ядерного и слабого взаимодействий, в которых также имеются переносчики, еще более укрепили позиции близкодействия. В результате в современной физике во взаимодействии всегда выделяются частицы-участники взаимодействия и частицы-переносчики.
На текущий момент надежно установлены частицы переносчики для электромагнитного, ядерного и слабого взаимодействия. Гравитон — частица-переносчик гравитационного взаимодействия — пока еще не вышла из гипотетического статуса.
Рис. 3. Переносчики фундаментальных взаимодействий.
Что мы узнали?
В физике существует две концепции взаимодействия. Концепция близкодействия говорит о том, что для взаимодействия между телами обязательно должны быть связующие звенья, переносчики взаимодействия. Концепция дальнодействия говорит о том, что тела способны взаимодействовать непосредственно на расстоянии. Современная наука придерживается концепции близкодействия.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 51.
Подробности
Просмотров: 271
«Физика — 10 класс»
Как передаётся действие Земли на парящие в воздухе тела?
Как вызвать движение велосипеда?
Закон взаимодействия неподвижных электрических зарядов был установлен экспериментально.
Но оставался нерешённым вопрос о том, как осуществляется это взаимодействие.
Близкодействие.
Если мы наблюдаем действие одного тела на другое, находящееся на некотором расстоянии от него, то, прежде чем допустить, что это действие прямое и непосредственное, мы склонны сначала исследовать, нет ли между телами какой-либо материальной связи: нитей, стержней и т. д.
Если подобные связи есть, то мы объясняем действие одного тела на другое при помощи этих промежуточных звеньев.
При игре в теннис посредниками, передающими взаимодействие теннисистов, являются ракетки и мяч.
При подъёме груза используется подъёмный кран, которым управляет крановщик, находящийся в кабине.
Водитель автобуса заставляет дверь открываться, направляя по трубкам сжатый воздух в цилиндр, управляющий механизмом двери.
Во всех трёх примерах мы видим ряд последовательных действий, в результате которых совершается некоторый физический процесс.
С помощью этого процесса, распространяющегося от точки к точке, происходит передача действия, причём не мгновенно, а с той или иной скоростью.
Итак, действие между телами на расстоянии во многих случаях можно объяснить присутствием передающих действие промежуточных звеньев.
Не разумно ли в тех случаях, когда мы не замечаем никакой среды, никакого посредника между взаимодействующими телами, допустить существование некоторых промежуточных звеньев?
Ведь иначе придётся считать, что тело действует там, где его нет.
Кому незнакомы свойства воздуха, тот может подумать, что рот или голосовые связки собеседника непосредственно действуют на уши, и считать, что звук передаётся невидимой средой, свойства которой непонятны.
Однако можно проследить весь процесс распространения звуковых волн и вычислить их скорость.
Согласно теории близкодействия взаимодействие между удалёнными друг от друга телами всегда осуществляется с помощью промежуточных звеньев (или среды), передающих взаимодействие от точки к точке.
Многие учёные, сторонники теории близкодействия, для объяснения происхождения гравитационных и электромагнитных сил придумывали невидимые истечения, окружающие планеты и магниты, незримые атмосферы вокруг наэлектризованных тел.
Размышления эти были подчас весьма остроумны, но обладали немаловажным недостатком — они ничего не давали науке.
Действие на расстоянии (дальнодействие).
Так продолжалось до тех пор, пока Ньютон не установил закон всемирного тяготения.
Последовавшие успехи в исследовании Солнечной системы настолько захватили воображение учёных, что они вообще в большинстве своём начали склоняться к мысли о бесполезности поисков каких-либо посредников, передающих взаимодействие от одного тела к другому.
Возникла теория прямого действия на расстоянии через пустоту.
Согласно теории дальнодействия действие передаётся мгновенно на сколь угодно большие расстояния.
Тела способны «чувствовать» присутствие друг друга без какой-либо среды между ними.
Сторонников действия на расстоянии не смущала мысль о действии тела там, где его самого нет.
«Разве, — рассуждали они, — мы не видим, как магнит или наэлектризованная палочка прямо через пустоту притягивают тела?»
И при этом сила притяжения, например, магнита заметно не меняется, если магнит завернуть в бумагу или положить в деревянный ящик.
Более того, даже если нам и кажется, что взаимодействие тел вызвано непосредственным контактом, то в действительности это не так.
При самом тесном контакте между телами или частями одного тела остаются небольшие промежутки.
Ведь груз, например подвешенный на нити, не разрывает эту нить, хотя между отдельными атомами, из которых она состоит, ничего нет.
Действие на расстоянии — единственный способ действия, встречающийся повсюду.
Возражения против теории близкодействия были довольно сильными, тем более что они подкреплялись успехами, которых добились такие убеждённые сторонники действия на расстоянии, как Кулон и Ампер.
Если бы развитие науки происходило прямолинейно, то, казалось бы, победа теории действия на расстоянии обеспечена.
Но в действительности развитие науки напоминает, скорее, спиралеобразную линию.
Пройдя один виток, наука возвращается примерно к тем же представлениям, но уже на более высоком уровне.
Именно так произошло при развитии молекулярно-кинетической теории.
Атомная гипотеза Демокрита одно время была оставлена большинством учёных.
Затем она возродилась в строгой математической форме и была доказана экспериментально.
Так же случилось и при развитии теории близкодействия.
Успехи в открытии законов взаимодействия электрических зарядов и токов не были неразрывно связаны с представлением о действии на расстоянии.
Ведь опытное исследование самих сил не предполагает наличия определённых представлений о том, как эти силы передаются.
В первую очередь нужно было найти математическое выражение для сил, а выяснить их природу можно было и потом.
Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский
Электростатика — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика
Что такое электродинамика —
Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряд —
Закон Кулона. Единица электрического заряда —
Примеры решения задач по теме «Закон Кулона» —
Близкодействие и действие на расстоянии —
Электрическое поле —
Напряжённость электрического поля. Силовые линии —
Поле точечного заряда и заряженного шара. Принцип суперпозиции полей —
Примеры решения задач по теме «Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции полей» —
Проводники в электростатическом поле —
Диэлектрики в электростатическом поле —
Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле —
Потенциал электростатического поля и разность потенциалов —
Связь между напряжённостью электростатического поля и разностью потенциалов. Эквипотенциальные поверхности —
Примеры решения задач по теме «Потенциальная энергия электростатического поля. Разность потенциалов» —
Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсатор —
Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов —
Примеры решения задач по теме «Электроёмкость. Энергия заряженного конденсатора»
После открытия закона всемирного тяготения 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. И большинство ученых придерживалось этой концепции вплоть до конца ХIX в.
Принцип дальнодействия утвердился в физике еще и потому, что гравитационное взаимодействие макроскопических тел, в соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона,
малозаметно, поскольку 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.
Напротив, законы взаимодействия электрически заряженных тел допускали возможность их относительно простой проверки. 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.
Согласно концепции близкодействия все взаимодействия между телами (помимо прямого контакта между ними) осуществляются с помощью тех или иных полей. Например, взаимодействие в теории тяготения осуществляется с помощью гравитационного поля, электромагнитные взаимодействия — с помощью электромагнитных полей.
Вплоть до ХХ в. были известны лишь два типа взаимодействий: гравитационные и электромагнитные.
В настоящее время стали известны еще так называемые слабое и сильное взаимодействие. Эти четыре взаимодействия в современной физике являются фундаментальными.
Пространственное влияние четырех взаимодействий различно. Так, гравитационные и электромагнитные взаимодействия описываются законами “обратных квадратов расстояний”
и проявляются во всем пространстве, формально — до бесконечности.
Не нашли что искали?
Преподаватели спешат на помощь
Сильные взаимодействия проявляются только в пределах размера ядра порядка 10⁻¹³ см, а слабые взаимодействия — на
расстояниях, в несколько порядков меньших размеров ядер.
Относительная сила взаимодействий следующая. Если сильное взаимодействие взять за единицу, то электромагнитное взаимодействие будет в 10² раз меньше, слабое взаимодействие — в 10¹⁰, а гравитационное взаимодействие — в 10³⁸ раз меньше сильного взаимодействия.
И хотя сила взаимодействий существенно различна, ни одним из них пренебрегать нельзя. Каждое взаимодействие может оказывать решающее влияние на процессы в том или ином
конкретном случае.
Даже такое взаимодействие, как гравитационное, несмотря на свою кажущуюся малость (в 10³⁸ раз меньше сильного взаимодействия) играет, например, доминирующую роль в процессах космического порядка, где присутствуют объекты с огромной массой и большие пространственные масштабы явлений.
Теорию электрослабых и сильных взаимодействий называют стандартной моделью макромира.
После того как была создана единая теория электрослабых взаимодействий, появилась реальная перспектива построения ядерной теории трех форм (за исключением гравитационного)
взаимодействий элементарных частиц (программа Великого объединения).
А в самое последнее время появились новые идеи, которые открывают, может быть, далекие, но все же реальные перспективы объединения всех известных четырех взаимодействий, включая и гравитационное. Решение этой задачи ознаменовало бы грандиозную научную революцию, которую даже трудно измерить масштабами всех предшествующих научных революций.
Иными словами, мы сейчас имеем очень продуктивную исследовательскую программу, которая ориентированно ведет к единству всех фундаментальных теорий.
Если такая программа будет реализована, это будет означать, что природа в конечном счете подчинена действию некой суперсилы, которая проявляется в некоторых частных взаимодействиях. Эта суперсила достаточно мощна, чтобы создать нашу Вселенную, наделить ее энергией в соответствующих формах и материей с определенной структурой.
Но суперсила — нечто большее, чем просто сила. В ней материя, пространство-время и взаимодействие слиты в нераздельное гармоническое целое, порождающее такое единство
Вселенной, которого раньше никто не предполагал. Современная наука в поиске такого единства.
С концепциями взаимодействия в физике тесно связана концепция физического вакуума. По современным представлениям вакуум — это не “абсолютная пустота”, а реальная физическая
система, например, электромагнитное поле в одном из своих состояний.
Более того, согласно квантовой теории поля, из состояния вакуума можно получить все другие состояния поля. Вакуум можно определить как поле с минимальной энергией. В вакууме постоянно протекают сложнейшие физические превращения, например, особого рода вакуумные колебания электромагнитного поля, не выходящие из него и не распространяющиеся, но отчетливо проявляющиеся в физическом эксперименте.