Окончательный отказ от концепции дальнодействия в пользу концепции
Однако идеи, сформулированные в рамках концепции дальнодействия, не были окончательно утеряны и получили свое развитие в работах Э. Маха, воспитанного в среде немецкой физической школы середины XIX века. Благодаря его глубокому критическому анализу оснований ньютоновой механики и представлений об абсолютных пространстве и времени, физика значительно продвинулась вперед. Так, рассматривая в своей книге «Познание и заблуждение» соотношение концепций дальнодействия и близкодействия, он писал: «Мысль Ньютона о силах, действующих на расстоянии, была великим умственным событием, которое позволило в течение одного столетия построить однородную математическую физику. В этой мысли выразилась некоторая духовная дальнозоркость. Он видел факт ускорений на расстоянии и признал его важное значение; посредники, передающие эти ускорения, казались ему неясными, и он до времени оставлял их без внимания» [57, с. 420].
Проблему соотношения двух концепций рассматривал также А. Пуанкаре (1854-1912) в «Последних мыслях»: «Нам представляется, что мы лучше понимаем передачу действия путем соприкосновения, нежели действие на расстоянии. Это последнее содержит в себе нечто таинственное, естественно наводящее на мысль о некотором вмешательстве в наш мир извне, и именно поэтому я говорю сейчас, что механицизм пронизан материализмом. Призвание ученых состоит в том, чтобы устранять все таинственное и тем самым всегда продвигаться хотя бы немного вперед. (…) И когда где-нибудь обнаруживают действие на расстоянии, стремятся представить себе и промежуточную среду, которая обладает свойством передавать это действие от точки к ближайшей точке. Однако на этом пути продвинулись не слишком-то далеко, ибо если эта среда непрерывна, то это не дает никакого удовлетворения нашей привязанности к простоте, т. е. нашей потребности все понимать. Если же она состоит из атомов, то атомы не могут находиться в постоянном соприкосновении, хотя они и расположены на очень малых расстояниях друг от друга, равных, по всей видимости, одной миллиардной миллиметра. Но это все-таки конечное расстояние и его значение такого же характера, как и километра, для философа это в принципе одно и то же. Ведь необходимо, чтобы действие передавалось от одного атома к другому только так оно становится действием на расстоянии» [74, с. 490].
Идеи дальнодействия были возрождены в 20-х годах XX века в работах К. Шварцшильда (1873 1916), Г. Тетроде и А. Д. Фоккера (1887 1972), благодаря которым концепция прямого межчастичного взаимодействия получила четкую математическую формулировку. Было показано, что теория электромагнетизма, построенная на ее основе, согласуется с теорией Максвелла для статических и стационарных электромагнитных явлений. Тогда же были выявлены и основные трудности, препятствовавшие развитию этой теории. Главная из них состояла в равноправности запаздывающих и опережающих взаимодействий.
В нашей стране концепция дальнодействия активно отстаивалась Я. И. Френкелем (1894 1952) [107 109], утверждавшим, что «мы должны считать фундаментальной реальностью не поле, но материю, т. е. движение и взаимодействие материальных частиц, а электромагнитное поле рассматривать как вспомогательную конструкцию, служащую для более удобного описания этого взаимодействия. Наконец, я полагаю, что оно представляет собой дальнодействие, которое мы никоим образом не должны сводить к какому-то действию и близкодействию, осуществляющемуся через какую-либо промежуточную материальную сред}’ или при помощи материализованных силовых линий. (…) Позвольте прежде всего доказать вам, что физическим абсурдом является именно представление о близкодействии. а физической реальностью, физически обоснованным является представление о дальнодействии. Как нам ни трудно представить себе это дальнодействие, да еще запаздывающее, все же нам необходимо сделать соответствующее усилие для того, чтобы освободиться от тех привычек, которые сложились у нас в эпоху, когда наши познания были недостаточны» [107, с. 25]. «Разрешите мне сейчас проанализировать понятие близкодейетвия так, как оно фигурирует в теории Фарадея, так, как его представлял себе Максвелл, и показать вам, что это близкодействие, действующее через промежуточную среду, представляет собой только иллюзию, только замаскированное дальнодействие. Не дальнодействие оказывается необходимым сводить к близкодействию, а, наоборот, близкодействие к дальнодействию» [107, с. 73].
В защиту своей позиции Френкель приводил три основных довода. Первый довод, названный им антропоморфным, состоит в том, что у нас укоренились представления о воздействии на предметы через непосредственное соприкосновение.
Второй довод, который назовем прагматическим, кроется в привычке физиков оперировать дифференциальными уравнениями, обычно ассоциируемыми со сплошной средой. Дифференциальное исчисление составляет основу математического аппарата современной физики, и пока не было видно возможностей опереться на иные, достаточно богатые математические методы, позволившие бы развить реляционный подход к физике.
Третий довод, наиболее существенный, назовем кардинальным. Он близок к содержавшемуся в уже упомянутом высказывании А. Пуанкаре. Френкель говорил: «Если частицы, из которых состоит рассматриваемое тело, отделены друг от друга пустыми промежутками, то каким образом они действуют друг на друга? Вы можете сказать, что когда одно тело толкает другое, то одни частицы нажимают на соседние и таким образом осуществляется непосредственное соприкосновение. Ну а если вы тело растягиваете, как тогда действуют соседние частицы его друг на друга?» [107, с. 76] Он утверждал, что введение новой межмолекулярной среды «нисколько не решает вопроса о сведении дальнодействия к близкодействию, а лишь сводит дальнодействие на очень малых расстояниях к дальнодействию на еще меньших расстояниях».
Добавим к этому четвертый довод, релятивистский. Концепция близкодейетвия опирается, по существу, на нерелятивистское понятие контакта, означающее, что взаимодействие осуществляется, когда расстояние между частицами гик стремится к нулю (гц. —> 0). Частица взаимодействует с полем, находящимся в этой же точке, затем поле последовательно передает воздействие от одной точки пространства к другой, бесконечно близкой, по цепочке, пока не достигнет положения второй частицы. В релятивистской теории, как известно, время и пространство объединяются в одно 4-мерное многообразие. Релятивистски неинвариантное понятие расстояния гц~ следует заменить на
релятивистски инвариантное понятие интервала Sik = f^fk ~ rik- Тогда релятивистское понятие контакта означает яц. —> 0, что соответствует взаимодействию (контакту) частиц на изотропных конусах с вершинами в местах расположения частиц. В этом смысле можно считать теорию запаздывающего дальнодействия более соответствующей релятивистской идеологии (теории относительности), нежели общепринятую теорию поля.
Укоренились представления о переносе света фотонами, распространяющимися от источника через все промежуточные точки до приемника (до нашего глаза). А как же иначе? Утверждается, что об этом якобы свидетельствует огромное количество экспериментов. Однако стоит задуматься, действительно ли эти эксперименты свидетельствуют о том, что каждый из фотонов непосредственно проходит через все промежуточные точки пространства от источника до глаза? Возьмем конкретный фотон и попытаемся его обнаружить где-то между источником и глазом. Как только мы его зафиксируем, он уже в наш глаз не попадет. Попасть могут только другие фотоны, о каждом из которых можно сказать то же самое. Таким образом, эксперименты не доказывают прохождения каждого отдельно взятого фотона через все промежуточные точки пространства от источника до глаза.
Однако эти и другие доводы в пользу реляционного подхода в физике в XX веке не оказались в центре внимания. Тем не менее концепция дальнодействия все же оказала заметное влияние на науку. Так А. Эйнштейн, создавая общую теорию относительности, мыслил в русле концепции дальнодействия. Он писал: «По мнению Маха, в действительно рациональной теории инертность должна, подобно другим ньютоновским силам, происходить от взаимодействия масс. Это мнение я в принципе считал правильным» [130, с. 268]. Другой пример представляют результаты Р. Фейнмана и Ю. Швингера по квантовой электродинамике, за которые им в 1965 году была присуждена Нобелевская премия (см. [97]).
Исследования в рамках концепции дальнодействия наиболее далеко были продвинуты созданием теории прямого межчастичного взаимодействия Фоккера Фейнмана, в которой среди первичных понятий отсутствовали поля переносчиков взаимодействий, а вместо них фактически вводились отношения между взаимодействующими объектами. Однако развитие этой теории остановилось на полпути. Описав реляционным образом физические взаимодействия, теория не затронула сути классического пространства-времени, — оно осталось прежним. Но сам факт отказа от полей переносчиков взаимодействий свидетельствует о потере пространством-временем одного из главных своих назначений быть фоном, на котором определены и распространяются поля в концепции близкодействия. Это отмечалось многими исследователями концепции дальнодействия, приходившими к выводу’ о реляционном характере самого пространства-времени.
1.Между объектами мегамира преобладает __________ взаимодействие.
гравитационное
электромагнитное
сильное
слабое
Решение:
В настоящее время
известно четыре взаимодействия, к
которым сводятся все силы в мире, –
гравитационное, электромагнитное,
сильное и слабое. Гравитационное
взаимодействие преобладает в мегамире,
поскольку его сила пропорциональна
массам взаимодействующих тел. Все силы
привычного нам макромира – и сила
трения, и сила упругости, и сила давления,
и сила Архимеда – в конечном счете имеют
электромагнитное происхождение. Кроме
них, для нас существенна еще сила тяжести,
но это сила взаимодействия не с другими
макрообъектами, а с объектом МЕГАмира
– нашей планетой. Сильное и слабое
взаимодействия существенны только в
микромире, поскольку имеют очень малый
радиус действия.
2. Понятие взаимодействия как взаимного, симметричного, равного действия друг на друга тел, участвующих во взаимодействии, возникает при переходе от …
натурфилософских
картин мира к первой научной картине
мира – механической
механической
научной картины мира к электромагнитной
неклассической
научной картины мира к современной
эволюционной
электромагнитной
научной картины мира к неклассической
Решение:
Согласно
натурфилософской картине мира Аристотеля,
стороны взаимодействия неравноправны:
активное тело («движущее») действует
на пассивное («движимое»), но встречного
воздействия (движимого на движущее)
нет. Лишь в классической механике Ньютон
формулирует знаменитый третий закон
динамики: действие равно противодействию;
если А действует на B, то B обязательно
действует на A, причем с точно такой же
силой! В результате в механической
научной картине мира впервые кристаллизуется
понятие взаимодействия как ВЗАИМНОГО
действия.
3. Представления Аристотеля о взаимодействии основывались на …
концепции
близкодействия
концепции
дальнодействия
законе равенства
действия и противодействия
квантово-полевом
механизме передачи взаимодействий
Решение:
Согласно теории
Аристотеля, Вселенная плотно заполнена
материей. По этой причине между любыми
двумя телами обязательно найдется
цепочка прилегающих друг к другу
тел-посредников, по которой, как по
эстафете, и передается воздействие
одного тела на другое. Это – первоначальная
форма концепции близкодействия. Концепция
дальнодействия предполагает передачу
взаимодействий через пустоту, существования
которой Аристотель не признавал.
Взаимодействие у Аристотеля не
симметрично: в нем есть активная сторона,
которая действует на пассивную, и
пассивная (движимая) сторона, которая
не оказывает никакого сопротивления.
Наконец, приписывание Аристотелю
квантово-полевого механизма было бы
сильнейшим анахронизмом, поскольку
Аристотель умер за 23 столетия до создания
квантовой механики.
4. Окончательный отказ от концепции дальнодействия в пользу концепции близкодействия произошел при переходе от …
механической
научной картины мира к электромагнитной
электромагнитной
научной картины мира к неклассической
неклассической
научной картины мира к современной
эволюционной
атурфилософских
картин мира к первой научной картине
мира – механической
Решение:
Концепция
дальнодействия, согласно которой
взаимодействие мгновенно передается
без посредников на любые расстояния,
была свойственна только механической
картине мира. Ни до, ни после механической
научной картины мира идея мгновенного
действия на расстоянии не пользовалась
признанием.
5.
Снимается фантастический боевик, по
сценарию которого враждебно настроенные
пришельцы выкрадывают наше Солнце.
Учитывая, что расстояние от Земли до
Солнца составляет около 8 световых
минут, для согласования фильма с
современными представлениями о
взаимодействии следует показать, что,
после того как пришельцы туннелируют
Солнце в свою систему, наша Земля …
еще 8 минут будет
оставаться освещенной и испытывать
силу тяготения Солнца, заставляющую ее
двигаться по эллиптической орбите
еще 8 минут будет
оставаться освещенной, но сразу перестанет
притягиваться к Солнцу и полетит по
прямолинейной траектории
сразу погрузится
во тьму, но еще 8 минут будет испытывать
силу тяготения Солнца, заставляющую ее
двигаться по эллиптической орбите
будет продолжать
оставаться освещенной и двигаться по
своей обычной орбите неограниченно
долгое время
Решение:
Современные
представления о взаимодействии опираются
на концепцию близкодействия, согласно
которой взаимодействия передаются
через материального посредника – то
или иное физическое поле. При этом
скорость передачи взаимодействия не
может превышать скорость света. Поэтому
если что-то случится с Солнцем, мы сможем
это заметить лишь спустя время, необходимое
свету, чтобы добраться от Солнца до
Земли.
6.
В настоящее время считается, что 25–30%
всей материи во Вселенной составляет
так называемая «темная материя». Мы не
можем непосредственно видеть ее ни в
какие телескопы, поскольку частицы
«темной материи» не принимают участие
в ____________ взаимодействии.
электромагнитном
гравитационном
сильном (ядерном)
слабом
Решение:
Зрительный образ
на сетчатке глаза, на полупроводниковой
матрице цифрового фотоаппарата или на
другом аналогичном устройстве создает
электромагнитное излучение. Поэтому,
чтобы объект можно было увидеть, он
должен поглощать, отражать, рассеивать
или еще каким-то образом изменять
падающие на него электромагнитные
волны. Но это возможно только при условии,
что объект способен принимать участие
в электромагнитном взаимодействии.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
эволюция – необратимый процесс, она не имеет заднего хода
Решение:
Основная идея натурфилософии Гераклита заключалась в безостановочной изменчивости вещей, подобной безостановочному течению воды в реке. Он учил, что все существует только в процессе постоянного изменения, в результате чего любая вещь мгновение спустя уже не тождественна самой себе, которая была мгновение назад.
5. Функционирование живого организма обеспечивается, в первую очередь, _________ формами движения материи.
химической и биологической
биологической и механической
биологической и социальной
химической и механической
Решение:
Биологическая форма движения, жизнь, – неотъемлемый атрибут всех живых организмов. Поэтому в правильном ответе обязательно должна быть названа биологическая форма движения. Социальная форма движения не обязательна, поскольку для многих видов социальные явления и законы малосущественны. Механическая форма движения также не обязательна, поскольку существуют организмы, ведущие неподвижный образ жизни.
6. Нельзя описать как механическое перемещение или результат механического перемещения каких-то тел или частиц …
появление радужных разводов на луже, в которую попала капля масла или бензина
распространение колебаний в объеме и по поверхности земного шара при землетрясениях
движение спутников системы глобального позиционирования GPS по своим орбитам
сезонные миграции птиц и китов из высоких широт в тропические области и обратно
Решение:
Механическое описание процессов как перемещения каких-то тел или частиц невозможно или неверно в случаях, когда:
1) речь идет о качественных превращениях, например, рассмотрение геологической эволюции планеты требует рассматривать не только механическое перемещение вещества в ее недрах и на поверхности, но и происходящие при этом химические реакции, изменение физического состояния вещества (плавление или кристаллизация), ядерные реакции и т. д.;
2) рассматриваются колебания электромагнитного или иных физических полей в условиях, благоприятствующих проявлению волновой стороны этих колебаний, например, радужная пленка на поверхности лужи, в которую попало масло из автомобиля, объясняется интерференцией света (электромагнитной волны, проявляющей в данном случае именно волновую сторону своей природы), отражающегося от верхней и нижней поверхности масляной пленки;
3) рассматривается движение микрочастиц в условиях, требующих учитывать законы квантовой механики, например, движение протона в ядре ограничено микроскопической областью с размерами порядка его длины волны (де Бройля). В этих условиях протон ведет себя уже не как частица, а как волна, и представление о траектории его движения неверно в принципе.
Тема 6: Развитие представлений о взаимодействии
1.Между объектами мегамира преобладает __________ взаимодействие.
гравитационное
электромагнитное
сильное
слабое
Решение:
В настоящее время известно четыре взаимодействия, к которым сводятся все силы в мире, – гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Гравитационное взаимодействие преобладает в мегамире, поскольку его сила пропорциональна массам взаимодействующих тел. Все силы привычного нам макромира – и сила трения, и сила упругости, и сила давления, и сила Архимеда – в конечном счете имеют электромагнитное происхождение. Кроме них, для нас существенна еще сила тяжести, но это сила взаимодействия не с другими макрообъектами, а с объектом МЕГАмира – нашей планетой. Сильное и слабое взаимодействия существенны только в микромире, поскольку имеют очень малый радиус действия.
2. Понятие взаимодействия как взаимного, симметричного, равного действия друг на друга тел, участвующих во взаимодействии, возникает при переходе от …
натурфилософских картин мира к первой научной картине мира – механической
механической научной картины мира к электромагнитной
неклассической научной картины мира к современной эволюционной
электромагнитной научной картины мира к неклассической
Решение:
Согласно натурфилософской картине мира Аристотеля, стороны взаимодействия неравноправны: активное тело («движущее») действует на пассивное («движимое»), но встречного воздействия (движимого на движущее) нет. Лишь в классической механике Ньютон формулирует знаменитый третий закон динамики: действие равно противодействию; если А действует на B, то B обязательно действует на A, причем с точно такой же силой! В результате в механической научной картине мира впервые кристаллизуется понятие взаимодействия как ВЗАИМНОГО действия.
3. Представления Аристотеля о взаимодействии основывались на …
концепции близкодействия
концепции дальнодействия
законе равенства действия и противодействия
квантово-полевом механизме передачи взаимодействий
Решение:
Согласно теории Аристотеля, Вселенная плотно заполнена материей. По этой причине между любыми двумя телами обязательно найдется цепочка прилегающих друг к другу тел-посредников, по которой, как по эстафете, и передается воздействие одного тела на другое. Это – первоначальная форма концепции близкодействия. Концепция дальнодействия предполагает передачу взаимодействий через пустоту, существования которой Аристотель не признавал. Взаимодействие у Аристотеля не симметрично: в нем есть активная сторона, которая действует на пассивную, и пассивная (движимая) сторона, которая не оказывает никакого сопротивления. Наконец, приписывание Аристотелю квантово-полевого механизма было бы сильнейшим анахронизмом, поскольку Аристотель умер за 23 столетия до создания квантовой механики.
4. Окончательный отказ от концепции дальнодействия в пользу концепции близкодействия произошел при переходе от …
механической научной картины мира к электромагнитной
электромагнитной научной картины мира к неклассической
неклассической научной картины мира к современной эволюционной
атурфилософских картин мира к первой научной картине мира – механической
Решение:
Концепция дальнодействия, согласно которой взаимодействие мгновенно передается без посредников на любые расстояния, была свойственна только механической картине мира. Ни до, ни после механической научной картины мира идея мгновенного действия на расстоянии не пользовалась признанием.
5. Снимается фантастический боевик, по сценарию которого враждебно настроенные пришельцы выкрадывают наше Солнце. Учитывая, что расстояние от Земли до Солнца составляет около 8 световых минут, для согласования фильма с современными представлениями о взаимодействии следует показать, что, после того как пришельцы туннелируют Солнце в свою систему, наша Земля …
еще 8 минут будет оставаться освещенной и испытывать силу тяготения Солнца, заставляющую ее двигаться по эллиптической орбите
еще 8 минут будет оставаться освещенной, но сразу перестанет притягиваться к Солнцу и полетит по прямолинейной траектории
сразу погрузится во тьму, но еще 8 минут будет испытывать силу тяготения Солнца, заставляющую ее двигаться по эллиптической орбите
будет продолжать оставаться освещенной и двигаться по своей обычной орбите неограниченно долгое время
Решение:
Современные представления о взаимодействии опираются на концепцию близкодействия, согласно которой взаимодействия передаются через материального посредника – то или иное физическое поле. При этом скорость передачи взаимодействия не может превышать скорость света. Поэтому если что-то случится с Солнцем, мы сможем это заметить лишь спустя время, необходимое свету, чтобы добраться от Солнца до Земли.
6. В настоящее время считается, что 25–30% всей материи во Вселенной составляет так называемая «темная материя». Мы не можем непосредственно видеть ее ни в какие телескопы, поскольку частицы «темной материи» не принимают участие в ____________ взаимодействии.
электромагнитном
гравитационном
сильном (ядерном)
слабом
Решение:
Зрительный образ на сетчатке глаза, на полупроводниковой матрице цифрового фотоаппарата или на другом аналогичном устройстве создает электромагнитное излучение. Поэтому, чтобы объект можно было увидеть, он должен поглощать, отражать, рассеивать или еще каким-то образом изменять падающие на него электромагнитные волны. Но это возможно только при условии, что объект способен принимать участие в электромагнитном взаимодействии.
Тема 7: Принципы симметрии, законы сохранения
1.Относительно симметрий времени справедливо утверждение, что время …
однородно и анизотропно
неоднородно, но изотропно
однородно и изотропно
неоднородно и анизотропно
Решение:
Согласно нашему опыту, время однородно, но не изотропно (направления вперед и назад во времени не равноправны).
2. Среди изображенных геометрических фигур наиболее симметрична …
Решение:
Симметрия, по определению, – это инвариантность относительно преобразований. Поскольку речь идет о геометрических фигурах, то и преобразования в данном случае подразумеваются геометрические (повороты, отражения, инверсии и т. д.). Наиболее симметричной будет та фигура, для которой можно указать наибольшее число геометрических преобразований. Очевидно, что этим свойством обладает «флаг Швейцарии». В частности, только он остается неизменным при повороте на 90 градусов в плоскости рисунка.
3. Свойством хиральности не обладают …
обручальные кольца
молекулы белков
автомобили
автоматы Калашникова
Решение:
Хиральность, по определению, есть отсутствие симметрии относительно зеркального отражения. Отражение в зеркале превращает левое в правое. Таким образом, если между левой и правой формами объекта есть существенная разница, он хирален. Все молекулы аминокислот (кроме глицина), которые служат мономерами макромолекул белков, в живых организмах представлены только своей левой формой. Автомобили с левым и правым рулем заметно отличаются по удобству управления ими. Из зеркального отражения автомата Калашникова стреляные гильзы вылетали бы влево, прямо в нос стрелку. А вот обручальные кольца «левыми» и «правыми» не бывают, они полностью симметричны относительно зеркального отражения.