1.4 Поля

Поле на современном уровне развития физической науки считается особым видом материи. Оно представляет собой динамическую систему с набором физических величин, принимающих определенные значения в разных точках пространства и изменяющихся со временем.

Физические поля классифицируются по следующим признакам: виду заряда, размерам, способам взаимодействия с частицами или другими полями. В настоящее время открыто множество физических полей, но среди этого множества выделяются фундаментальные, которые являются базовыми для понимания физической картины мира. Остальные поля выводятся из них. К фундаментальным полям относят: поле тяготения, электромагнитное поле, поля сильного и слабого взаимодействия. Все остальные поля и взаимодействия выводятся из них. Физические поля проявляют себя как посредники при взаимодействии заряженных тел или частиц и переносят эти взаимодействия с конечной скоростью. Каждое поле обладает способностью переносить энергию, импульс и даже в некоторых случаях и массу

1.Поле тяготения (гравитационное поле) порождается материальными телами, удаленными на расстояние друг от друга. Оно не зависит от среды, в которой находятся материальные тела, и служит посредником их взаимодействия. Основным отличием поля тяготения от других физических полей заключается в том, что на любое материальное тело, внесенное в это поле, действует сила (F) притяжения.

F^→ = G^→ m

где G^→ – напряженность поля тяготения, m – единичная масса в этом поле.

Напряженность поля тяготения это вектор, он численно равен силе, действующей со стороны поля на единичную массу, внесенную в это поле. Поле тяготения центральное и сферически симметричное. Это обусловлено тем, что во всех точках гравитационного поля векторы напряженности направлены вдоль прямых, которые пересекаются в одной точке центре сил, Закон всемирного тяготения показывает. Сила взаимодействия материальных тел прямо пропорциональна произведению массы тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Такая зависимость силы от расстояния свидетельствует о том, что гравитационное взаимодействие материальных тел является дальнодействующей и имеет неограниченный радиус действия.

2. Электрическое поле возникает вокруг неподвижных зарядов и служит посредником взаимодействия между заряженными телами Силовой характеристикой электрического поля является напряженность (E). Это величина векторная и равна силе, с которой поле действует на пробный заряд в данной точке, к величине этого заряда.

где F – сила, действующая на пробный заряд q.

Электрическое поле обладает энергией и, как гравитационное поле, тоже дальнодействующее и имеет неограниченный радиус действия.

3. Магнитное поле является силовым полем. Оно действует только на движущиеся электрические заряды, а также на частицы и тела, обладающие магнитным моментом. Оно создается током заряженных частиц, а также частицами, имеющими магнитный момент и постоянными магнитами. Его силовой характеристикой является векторная величина магнитная индукция (B).

4. Электромагнитное поле это физическое поле, представляющее собой совокупность электрического и магнитного полей, порождающих друг друга в определенных условиях. Силовыми характеристиками этого поля являются напряженность электрического поля —E и магнитная индукция – B. Взаимодействие поля с заряженными телами (частицами) описывается посредством силы Лоренца. Физическая сущность электромагнитного поля заключается в том, что изменяющееся во времени электрическое поле возбуждает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Это непрерывное изменение компонент и обуславливает существование электромагнитного поля. Отличительным свойством электромагнитного поля от других физических полей заключается в том, что при определенных условиях, а именно при ускоренном движении носителей электромагнитного поля, оно «срывается» с них и существует независимо от них в виде электромагнитной волны.

5. Сильное взаимодействие обеспечивает устойчивость атомного ядра химических элементов. Оно короткодействующее и сосредоточено в основном на расстоянии 10^—13 см.

6. Слабое взаимодействие носит название распадного взаимодействия, Типовым проявлением слабого взаимодействия является – β⁺– распад протона.

n → p + e + v, где p – протон, e – электрон, v – электронное нейтрино

Слабое взаимодействие тоже короткодействующее. Радиус его действия составляет 10^—16 см. то есть оно сосредоточено внутри ядра.

7. Особое место в Стандартной модели занимает так называемое поле Хиггса. Дело в том, что согласно симметрии микромира, элементарным частицам запрещено иметь массу, а скалярное поле Хигсса спонтанно нарушает эту симметрию, и вытекающие из неё запреты не выполняются. Считается, что элементарные частицы приобретают массу взаимодействуя с этим полем, причем чем сильнее (плотнее) это взаимодействие, тем большую массу приобретает частица и, наоборот. Это положение теории Энглера – Браута – Хигсса подтверждается наличием больших масс у бозонов W и Z и отсутствием массы у фотона и глюона, а также тем, что массы частиц Стандартной модели имеют разброс на 11 порядков.

Сущность физических полей на сегодняшний день широко и глубоко раскрыта. Многие их положения теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены, Однако в них и присутствуют неясности и сомнений. Так например до сих пор, полностью не раскрыт механизм гравитационного взаимодействия материальных тел, удаленных на большие расстояние друг от друга, Нет ответов на следующие вопросы. Почему одноименные заряды отталкиваются, а противоположные притягиваются? Почему в атомах химических элементов, отрицательно заряженные электроны не поглощаются положительно заряженным ядром? Почему, при переходе электронов с орбиты с высокой энергией на орбиту с низкой энергией, атом излучает кванты энергии? Попробуем дать логически обоснованные ответы на эти вопросы, используя базовые принципы смоделированной системы

1. Поле тяготения осуществляет связь между материальными телами, удаленными на расстояние друг от друга. Согласно базовым принципам смоделированной системы все материальные тела представляют собой совокупности гравитонов, размещенных определенным образом в силовых нитях пространства. Форма и размеры тела сохраняются за счет сжатия гравитонами силовых нитей пространства, которое направлено от периферии к центру тела. Каждое материальное тело деформирует (сжимает) силовые нити окружающего его пространства и через эту деформацию оказывает силовое влияние (притяжение) на другие, удаленные от него материальные тела. Наиболее деформированы силовые нити (S₀) окружающего тело пространства находятся у его поверхности, затем деформация их уменьшается пропорционально квадрату расстояния от тела.

где M – масса тела, k – показатель не сжимаемости силовых нитей пространства.

Силы сжатия универсальны, поэтому их результирующая, есть сумма этих сил. Если тело имеет не большую массу и не симметричную форму, то величина результирующая части тела, где сосредоточена большая часть её массы, будет доминировать над величинами результирующих сил остальных её частей, поэтому тело будет совершать переворот в направлении своего движения (Рис.7 а).

Рис. 7 Схемы движени тел в зависимост от массы

а – переворот тела небольшой массы под действием результирующей силы в направлении своего движения по силовым нитям пространства. b – начало вращения Солнца. Fs – результирующая сила

Если масса тела в процессе его формирования достигает значительных величин, то тело принимает сферическую форму и начинает вращаться вокруг своей оси. Рассмотрим это утверждение на примере нашего Солнца.

Формирование Солнца как звезды происходило в три этапа. На первом этапе гравитоны, составляющие частицы пыли и газов, поступательно двигались в силовых нитях пространства и деформировали (сжимали) их в направлении своего движения. Поэтому степень их сжатия вокруг частиц увеличивалась, частицы сближались, а затем сливались, увеличиваясь в размерах. При этом силовые нити пространства вокруг них накладывались друг на друга и степень их сжатия значительно возрастала. А так как, гравитоны движутся в направлении повышенной степени сжатия силовых нитей пространства, то находящиеся рядом частицы присоединялись к ним, В результате образовывалось местное уплотнение пыле – газовой смеси, Таких уплотнений на ранней стадии развитии звезды было великое множество, которые затем объединяются в одно единое уплотнение. Степень сжатия силовых нитей пространства вокруг этого уплотнения и дальность его распространения многократно увеличивалась, а масса многократно возрастала, форма динамично изменялась. Динамическое изменение формы уплотнения влечет за собой изменение величин результирующих сил, приложенных к различным частям уплотнения. При достижении массы уплотнения критической величины доминирующая сила совершает поворот всей массы уплотнения в направлении своего действия. Затем, уплотнение начинает вращаться. Вращение происходит по часовой стрелке или против часовой стрелки. Наше Солнце вращается против часовой стрелки (Рис.7 b).

На втором этапе развития молодого Солнца с увеличением скорости вращения началось формирование сферической формы. Оно быстро обрастало гравитационной массой за счет притяжения частиц из окружающего звезду смеси пыли и газа. Одновременно с этим возрастала степень сжатия силовых нитей внутри звездного пространства. А также и окружающего её пространства на все большее и большее от него расстояния. С ростом гравитационного сжатия в недрах звезд увеличивается степень деформации (сжатия) силовых нитей внутри звездного пространства. Как только она превысит степень деформации силовых нитей во внутриатомном пространстве атома водорода, электрон преодолевает притяжение ядра, а он движется в направлении более высокой степени сжатия, и «вылетает « из атома. В результате получается « бульон « из высокоэнергичных и высокоскоростных протонов и электронов. При дальнейшем увеличении степени сжатия силовых нитей пространства протоны поглощают электроны и превращаются в нейтроны. Протоны объединяются с нейтронами и образуются дейтроны.

На третьем этапе развития Солнце принимает форму газового шара вращающегося против часовой стрелки и «натягивающего» силовые нити окружающего пространства в направлении своего вращения. При этом, степень эффективного сжатия силовых нитей окружающего его пространства простирается на расстояние более 50 а. е. Степень сжатия силовых нитей пространства в недрах звезды продолжает неуклонно расти и при достижении её равной степени сжатия силовых нитей пространства во внутри ядерном пространстве гелия протоны объединяются с нейтронами и образуются дейтроны. Два дейтрона сливаются и образуют первый энергетический слой ядер химических элементов (ядро гелия) с выделением ядерной энергии.