ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ • Большая российская энциклопедия

Авторы: В. П. Павлов

ПОЛЯ́ ФИЗИ́ЧЕСКИЕ, фи­зич. сис­те­мы, об­ла­даю­щие бес­ко­неч­но боль­шим чис­лом сте­пе­ней сво­бо­ды. От­но­ся­щие­ся к та­кой сис­те­ме фи­зич. ве­ли­чи­ны не ло­ка­ли­зо­ва­ны на к.-л. отд. ма­те­ри­аль­ных час­ти­цах с ко­неч­ным чис­лом сте­пе­ней сво­бо­ды, а не­пре­рыв­но рас­пре­де­ле­ны по не­ко­то­рой об­лас­ти про­стран­ст­ва. При­ме­ра­ми та­ких сис­тем мо­гут слу­жить гра­ви­тац. и элек­тро­маг­нит­ные по­ля и вол­но­вые по­ля час­тиц в кван­то­вой фи­зи­ке (элек­трон­но-по­зи­трон­ное, ме­зон­ное и т. п.).

При рас­смот­ре­нии не­ре­ля­ти­ви­ст­ских про­цес­сов по­ня­тие по­ля обыч­но не вво­дят. Напр., при рас­смот­ре­нии гра­ви­тац. или ку­ло­нов­ско­го взаи­мо­дей­ст­вия двух час­тиц мож­но счи­тать, что си­ла взаи­мо­дей­ст­вия воз­ни­ка­ет лишь при на­ли­чии обе­их час­тиц, по­ла­гая, что про­стран­ст­во во­круг час­тиц не иг­ра­ет осо­бой ро­ли в пе­ре­да­че взаи­мо­дей­ст­вия (см. Взаи­мо­дей­ст­вие в фи­зи­ке). Та­кое пред­став­ле­ние со­от­вет­ст­ву­ет кон­цеп­ции даль­но­дей­ст­вия, или дей­ст­вия на рас­стоя­нии. По­ня­тие о даль­но­дей­ст­вии, од­на­ко, яв­ля­ет­ся при­бли­же­ни­ем толь­ко в не­ре­ля­ти­ви­ст­ском слу­чае, фи­зи­че­ски эк­ви­ва­лент­ным пред­став­ле­нию о том, что дей­ст­вие за­ря­да про­яв­ля­ет­ся лишь при по­ме­ще­нии вто­рой, проб­ной час­ти­цы в об­ласть про­стран­ст­ва, свой­ст­ва ко­то­ро­го уже из­ме­не­ны из-за на­ли­чия пер­вой час­ти­цы.

По­ня­тие по­ля вве­де­но М. Фа­ра­де­ем и Дж. К. Мак­свел­лом в 1830–60-х гг. для опи­са­ния ме­ха­низ­ма дей­ст­вия элек­трич. и маг­нит­ных сил. Кон­цеп­ция си­ло­во­го по­ля как по­сред­ни­ка при пе­ре­да­че взаи­мо­дей­ст­вия воз­ник­ла в ка­че­ст­ве аль­тер­на­ти­вы идее даль­но­дей­ст­вия. Она под­ра­зу­ме­ва­ет, что са­мо на­ли­чие за­ря­жен­ной час­ти­цы ме­ня­ет свой­ст­ва про­стран­ст­ва: час­ти­ца соз­да­ёт во­круг се­бя си­ло­вое элек­трич. по­ле. Ка­ж­дая точ­ка из­ме­нён­но­го про­стран­ст­ва об­ла­да­ет по­тен­ци­аль­ной спо­соб­но­стью про­явить дей­ст­вие си­лы. Для это­го дос­та­точ­но по­мес­тить в эту точ­ку вто­рой, проб­ный за­ряд. Проб­ный за­ряд взаи­мо­дей­ст­ву­ет не не­по­сред­ст­вен­но с за­ря­дом – соз­да­те­лем по­ля, а с по­лем в точ­ке, где этот проб­ный за­ряд на­хо­дит­ся. По­ле вы­пол­ня­ет роль по­сред­ни­ка: оно от точ­ки к точ­ке пе­ре­да­ёт дей­ст­вие од­но­го за­ря­да на дру­гой. Та­кой ме­ха­низм на­зы­ва­ет­ся близ­ко­дей­ст­ви­ем. Взаи­мо­дей­ст­вие при этом пе­ре­да­ёт­ся по­сте­пен­но, от точ­ки к точ­ке в та­ком из­ме­нён­ном про­стран­ст­ве. Это и оз­на­ча­ет, что пер­вая час­ти­ца соз­да­ёт во­круг се­бя си­ло­вое гра­ви­тац. или элек­трич. по­ле.

Кон­цеп­ция близ­ко­дей­ст­вия на­хо­дит под­твер­жде­ние при рас­смот­ре­нии ре­ля­ти­ви­ст­ских про­цес­сов. При дви­же­нии ис­точ­ни­ков со ско­ро­стью, срав­ни­мой со ско­ро­стью пе­ре­да­чи взаи­мо­дей­ст­вия, го­во­рить о даль­но­дей­ст­вии уже нель­зя. Из­ме­не­ние со­стоя­ния од­ной час­ти­цы со­про­во­ж­да­ет­ся, во­об­ще го­во­ря, из­ме­не­ни­ем её энер­гии и им­пуль­са, а из­ме­не­ние си­лы, дей­ст­вую­щей на др. час­ти­цу, на­сту­па­ет лишь че­рез ко­неч­ный про­ме­жу­ток вре­ме­ни. До­ли энер­гии и им­пуль­са, от­дан­ные од­ной час­ти­цей и ещё не при­ня­тые вто­рой, при­над­ле­жат в те­че­ние это­го вре­ме­ни пе­ре­но­ся­ще­му их по­лю. По­ле, пе­ре­но­ся­щее взаи­мо­дей­ст­вие, яв­ля­ет­ся, т. о., са­мо по се­бе фи­зич. ре­аль­но­стью.

По­ня­тие «П. ф.» при­ме­ни­мо при опи­са­нии свойств лю­бой сплош­ной сре­ды. Ес­ли со­пос­та­вить с ка­ж­дой точ­кой сре­ды оп­ре­де­ляю­щие её со­стоя­ние фи­зич. ве­ли­чи­ны (темп-ру, дав­ле­ние, на­тя­же­ние и др.), то по­лу­чит­ся по­ле этих ве­ли­чин. В этом слу­чае роль уп­ру­гой сре­ды для пе­ре­да­чи взаи­мо­дей­ст­вия оче­вид­на. Пер­во­на­чаль­ная труд­ность пред­ста­вить не­ме­ха­нич. сре­ду, спо­соб­ную пе­ре­но­сить энер­гию и им­пульс, по­ро­ди­ла разл. ме­ха­нич. мо­де­ли эфи­ра как сре­ды, пе­ре­но­ся­щей элек­тро­маг­нит­ные взаи­мо­дей­ст­вия (см. Эфир ми­ро­вой). Од­на­ко все ме­ха­нич. мо­де­ли эфи­ра про­ти­во­ре­чат прин­ци­пу от­но­си­тель­но­сти Эйн­штей­на (см. От­но­си­тель­но­сти тео­рия), и от них при­шлось от­ка­зать­ся.

Про­стей­ший тип дви­же­ния по­ля – вол­но­вое, для ко­то­ро­го по­ле­вая функ­ция пе­рио­ди­че­ски ме­ня­ет­ся во вре­ме­ни и от точ­ки к точ­ке. Лю­бое со­стоя­ние по­ля удоб­но пред­ста­вить в ви­де су­пер­по­зи­ции волн. Для вол­но­во­го дви­же­ния ха­рак­тер­ны яв­ле­ния ди­фрак­ции и ин­тер­фе­рен­ции, не­воз­мож­ные в клас­сич. ме­ха­ни­ке. С др. сто­ро­ны, ди­на­мич. ха­рак­те­ри­сти­ки волн (энер­гия, им­пульс и т. д.) «раз­ма­за­ны» в про­стран­ст­ве, а не ло­ка­ли­зо­ва­ны, как у клас­сич. час­тиц.

Та­кое про­ти­во­пос­тав­ле­ние вол­но­вых и кор­пус­ку­ляр­ных свойств, при­су­щее клас­сич. ме­ха­ни­ке, от­ра­жа­ет­ся в ней как ка­че­ст­вен­ное раз­ли­чие ме­ж­ду П. ф. и час­ти­ца­ми. Од­на­ко опыт по­ка­зы­ва­ет, что на ма­лых рас­стоя­ни­ях, в атом­ных мас­шта­бах, это раз­ли­чие ис­че­за­ет: у по­ля вы­яв­ля­ют­ся кор­пус­ку­ляр­ные свой­ства (см., напр., Ком­пто­на эф­фект), у час­тиц – вол­но­вые (см. Ди­фрак­ция час­тиц).

Кван­то­вая ме­ха­ни­ка ста­вит в со­от­вет­ст­вие ка­ж­дой час­ти­це по­ле её вол­но­вой функ­ции, даю­щее рас­пре­де­ле­ние разл. от­но­ся­щих­ся к час­ти­це фи­зич. ве­ли­чин. Дви­же­ние час­ти­цы пред­став­ля­ет­ся при этом как рас­про­стра­няю­щие­ся ко­ле­ба­ния её вол­но­вой функ­ции. Од­на­ко вол­но­вую функ­цию нель­зя трак­то­вать как ре­аль­ное П. ф., и в сво­ей обыч­ной фор­ме кван­то­вая ме­ха­ни­ка не пол­но­стью сня­ла про­ти­во­пос­тав­ле­ние по­лей и час­тиц. Она ока­за­лась спо­соб­ной лишь от­ра­зить вол­но­вые свой­ст­ва час­тиц как на­мёк на пол­ное един­ст­во по­ля и час­ти­цы – кор­пус­ку­ляр­но-вол­но­вой дуа­лизм.

Еди­ную кор­пус­ку­ляр­но-вол­но­вую точ­ку зре­ния осу­ще­ст­в­ля­ет кван­то­вая тео­рия по­ля в тер­ми­нах но­во­го фи­зич. объ­ек­та – кван­то­ван­но­го по­ля, опи­сы­ваю­ще­го на рав­ной ос­но­ве и по­ля, и час­ти­цы. Имен­но на кван­то­ван­ное по­ле пе­ре­но­сят­ся тре­бо­ва­ния сим­мет­рии и ин­ва­ри­ант­но­сти, ко­то­рые яв­ля­ют­ся обоб­ще­ни­ем экс­пе­рим. дан­ных, опи­сы­ваю­щих раз­но­об­ра­зие эле­мен­тар­ных час­тиц и их взаи­мо­дей­ст­вий.

Физика: уроки, тесты, задания.

• Предметы

1. 1. Введение. Макро- и микромир. Числа со степенью 10

   2. Наблюдения, опыты, измерения, гипотеза, эксперимент

   3. Физические величины.

      Международная система единиц

2. 1. Строение вещества. Молекулы и атомы

   2. Броуновское движение. Диффузия

   3. Притяжение и отталкивание молекул. Смачивание и капиллярность

   4. Изменение свойств веществ.

      Агрегатные состояния вещества

3. 1. Механическое движение. Траектория и путь

   2. Скорость. Неравномерное движение. Средняя скорость

   3. Что такое инерция

   4. Взаимодействие тел.

      Масса тела. Измерение массы тела на весах

   5. Плотность вещества. Связь массы, объёма тела с его плотностью

   6. Что такое сила. Сила гравитации. Сила тяжести

   7. Что такое вес тела. Свободное падение

   8. Измерение силы с помощью динамометра

   9. Деформации тел.

      Сила упругости. Закон Гука

   10. Взаимодействие тел. Сила трения

4. 1. Что такое давление и сила давления

   2. Давление твёрдых тел

   3. Давление газа.

      Применение сжатого воздуха

   4. Атмосферное давление и его измерение. Опыт Торричелли

   5. Давление в жидкости. Закон Паскаля

   6. Гидростатическое давление. Давление на дне морей и океанов

   7. Сообщающиеся сосуды.

      Водопровод. Шлюзы

   8. Гидравлический пресс. Насосы

   9. Закон Архимеда. Вес тела в жидкости

   10. Действие жидкости и газа на погружённое в них тело. Плавание тел

   11. Выталкивающая сила в газах.

       Воздухоплавание

5. 1. Работа как физическая величина

   2. Мощность как характеристика работы

   3. Простые механизмы. Рычаг. Наклонная плоскость

   4. Подвижные и неподвижные блоки

   5. Полезная работа.

      Коэффициент полезного действия

   6. Энергия как физическая величина. Виды энергии

1. 1. Температура

   2. Виды теплопередачи

   3. Количество теплоты как физическая величина

   4. Что такое удельная теплоёмкость вещества

   5. Что такое удельная теплота сгорания топлива

2. 1. Плавление и отвердевание тел.

      Температура плавления

   2. Что такое удельная теплота плавления

   3. Парообразование и конденсация

   4. Относительная влажность воздуха и её измерение. Психрометр

   5. Кипение.

      Температура кипения. Удельная теплота парообразования

   6. Объяснение изменений агрегатных состояний вещества

   7. Преобразования энергии в тепловых машинах

   8. Экологические проблемы использования тепловых машин

   9. Закон сохранения энергии в тепловых процессах

3. 1. Электризация тел.

      Два рода электрических зарядов

   2. Проводники, диэлектрики и полупроводники

   3. Взаимодействие заряженных тел. Электрическое поле

   4. Закон сохранения электрического заряда

   5. Дискретность электрического заряда.

      Электрон. Строение атомов

   6. Электрический ток. Электрическая цепь. Гальванические элементы

   7. Электрический ток в различных средах. Действия электрического тока

   8. Сила тока как физическая величина. Амперметр

   9. Электрическое напряжение как физическая величина.

      Вольтметр

   10. Электрическое сопротивление как физическая величина. Закон Ома

   11. Удельное сопротивление. Реостаты. Резисторы

   12. Последовательное и параллельное соединения проводников. Правила

   13. Понятия работы и мощности электрического тока

   14. Количество теплоты, выделяемое проводником с током

   15. Счётчик электрической энергии

   16. Виды ламп накаливания

   17. Расчёт электроэнергии, потребляемой бытовыми электроприборами

   18. Короткое замыкание.

       Электробезопасность. Плавкие предохранители

4. 1. Магнитное поле. Направление магнитных линий

   2. Однородное и неоднородное магнитное поле

   3. Направление магнитных линий прямого проводника с током

   4. Как обнаружить магнитное поле.

      Правило левой руки

   5. Что такое индукция магнитного поля и магнитный поток

   6. Что такое электромагнитная индукция

   7. Направление индукционного тока. Правило Ленца. Явление самоиндукции

   8. Переменный ток.

      Генератор переменного тока

   9. Трансформатор. Передача электрической энергии на расстояние

   10. Свойства электромагнитов

   11. Постоянные магниты. Магнитное поле Земли

   12. Движение проводника в магнитном поле.

       Электродвигатель. Динамик и микрофон

1. 1. Понятие материальной точки. Системы отсчёта

   2. Перемещение. Скорость прямолинейного равномерного движения

   3. Прямолинейное равноускоренное движение: мгновенная скорость, ускорение

   4. Равнопеременное движение

   5. Графики зависимости величин от времени при равноускоренном движении

   6. Графики зависимости кинематических величин от времени при равномерном и равноускоренном движении

2. 1. Относительность механического движения

   2. Первый закон Ньютона.

      Инерция. Инерциальные системы отсчёта

   3. Второй закон Ньютона. Сила трения скольжения

   4. Взаимодействие тел. Третий закон Ньютона

   5. Ускорение свободного падения. Изменение веса при движении

   6. Движение тела, брошенного вертикально вверх.

      Невесомость

   7. Закон всемирного тяготения. Гравитационная постоянная

3. 1. Понятие импульса тела

   2. Закон сохранения импульса. Виды взаимодействий

   3. Что такое реактивное движение

   4. Механическая работа и мощность.

      Закон сохранения механической энергии

4. 1. Колебательное движение. Амплитуда, частота, период колебаний

   2. Колебательная система. Колебания груза на пружине. Математический маятник

   3. Превращение энергии при колебательном движении

   4. Вынужденные колебания.

      Резонанс

   5. Поперечные и продольные волны. Длина волны

   6. Звуковые волны. Скорость звука

   7. От чего зависят высота, тембр, громкость и резонанс звука

5. 1. Электромагнитное поле.

      Скорость распространения электромагнитных волн

   2. Конденсатор. Колебательный контур. Принципы радиосвязи и телевидения

   3. Электромагнитная теория света

6. 1. Источники света.

      Прямолинейность распространения света

   2. Понятие отражения света. Закон отражения. Плоское зеркало

   3. Понятие преломления света. Закон преломления

   4. Линза. Фокусное расстояние линзы. Построение изображений

   5. Оптическая сила линзы.

      Глаз как оптическая система. Оптические приборы

   6. Дисперсия. Спектр. Типы оптических спектров

7. 1. Радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов. Опыты Резерфорда

   2. Протонно-нейтронная модель ядра.

      Энергия связи частиц в ядре

   3. Постулаты Бора. Поглощение и испускание света атомами. Линейчатые спектры

   4. Альфа-, бета- и гамма-излучения. Радиоактивные превращения атомных ядер

   5. Методы наблюдения и регистрации частиц в ядерной физике

   6. Механизм деления ядер урана.

      Протекание цепной реакции

1. Инфографика по физике

2. Введение

3. 1. Описание механического движения

   2. Прямолинейное равномерное движение

   3. Равнопеременное движение

   4. Равномерное движение по окружности

   5. Контрольная работа по теме

4. 1. Законы Ньютона

   2. Сила тяготения

   3. Сила упругости

   4. Силы трения

   5. Контрольная работа по теме

5. 1. Условия равновесия тел в ИСО

   2. Гидростатика и гидродинамика

   3. Контрольная работа по теме

6. 1. Импульс

   2. Механическая работа

   3. Закон сохранения энергии в механике

   4. Контрольная работа по теме

7. 1. Физическое описание систем с большим числом частиц

   2. Статистические закономерности МКТ

   3. Контрольная работа по теме

8. 1. Первый закон термодинамики

   2. Второй закон термодинамики

   3. Агрегатные состояния вещества.

      Фазовые переходы

   4. Контрольная работа по теме

9. 1. Электростатическое поле

   2. Работа сил электростатического поля. Разность потенциалов

   3. Электроёмкость.

      Энергия электрического поля

10. 1. Закон Ома для неоднородного участка цепи и замкнутой (полной) цепи

    2. Расчёт электрических цепей постоянного тока

    3. Контрольная работа по теме

11. 1. Электрический ток в металлах, электролитах, полупроводниках, газах и вакууме.

       Плазма

1. Инфографика по физике

2. 1. Физическое описание магнитного поля

3. 1. Физическое описание явления электромагнитной индукции

4. 1. Физическое описание электромагнитных колебаний и волн

5. 1. Законы геометрической оптики

6. 1. Интерференция света

   2. Дифракция, дисперсия и поляризация света

7. 1. Элементы релятивистской теории

8. 1. Световые кванты

   2. Элементы физики атома и атомного ядра

9. 1. Физическое описание космических тел и систем

Физика Электрическое поле.

Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей

Материалы к уроку

Конспект урока

Закон взаимодействия неподвижных электрических зарядов был установлен экспериментально. Обсудим эксперименты.
1)    Поместим заряженный электроскоп под купол и выкачаем воздух. На листочках электроскопа заряд сохранился. Следовательно, в передаче электрического взаимодействия воздух не участвует.
2)    Даже при отсутствии непосредственного контакта, гильза взаимодействует, притягиваясь к заряженной палочке. Следовательно, заряженные тела способны взаимодействовать друг с другом на расстоянии.
3)    По мере приближения палочки к гильзе угол отклонения нити от вертикали увеличивается. Следовательно, чем ближе гильза к источнику электрического поля, тем с большей силой действует на неё это поле.
Но оставался нерешенным вопрос, как осуществляется это взаимодействие. Согласно теории действия на расстоянии одно тело действует на другое непосредственно через пустоту, и это действие передается мгновенно. Теория близкодействия утверждает, что любое взаимодействие осуществляется с помощью промежуточных агентов и распространяется с конечной скоростью. После длительной борьбы теория близкодействия одержала окончательную победу.
Решительный поворот к представлению о близкодействии был сделан великими английскими учеными-физиками Майклом Фарадеем и Джеймсом Клерком Максвеллом
Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд и наоборот. По мере удаления от заряда поле ослабевает. Первоначально эта идея выражала лишь уверенность Фарадея в том, что действие одного тела на другое через пустоту невозможно.
Основываясь на идеях Фарадея, Джеймс Клерк Максвелл сумел теоретически доказать, что электромагнитные взаимодействия должны распространятся в пространстве с конечной скоростью. Максвелл нашел, что скорость распространения электромагнитных взаимодействий равна скорости света в вакууме, то есть 300 000 км/с. Электромагнитное поле обнаруживает себя как нечто реально существующее. Например, радиосвязью мы называем передачу информации с помощью электромагнитных волн.
Электрическое поле часто возникает возле телевизионного экрана (относится к телевизорам с ЭЛТ) при включении или выключении телеприёмника. Это поле можно почувствовать по его действию на волоски на руках или лице.
Электрическое поле существует реально: его свойства можно исследовать опытным путем. Но мы не можем сказать, из чего это поле состоит. Здесь мы доходим до границы того, что известно науке. О природе электрического поля мы можем сказать лишь следующее:
во-первых, поле материально; оно существует независимо от нас, от наших знаний о нем;
во-вторых, поле обладает определенными свойствами, которые не позволяют его спутать ни с чем другим в окружающем мире. Следует знать, что существуют различные виды материи и каждому из них присущи свои законы.
Под действием электрической силы, частица, оказавшись в электрическом поле, приобретает ускорение, определяемое согласно второму закону Ньютона отношением силы электрического поля к массе заряда.
Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Оно не меняется со временем и создается только электрическими зарядами, имея неразрывную связь.
Электрическое поле обнаруживается по силам, действующим на заряд. Если поочередно помещать в одну и ту же точку поля небольшие заряженные тела и измерять силы, то обнаружится, что сила, действующая на заряд со стороны поля прямо пропорциональна этому заряду. Поэтому отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля заряд, к этому заряду для каждой точки поля не зависит от этого заряда и может рассматриваться как характеристика поля. Эту характеристику называют напряженностью электрического поля. Напряженность поля равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд, к этому заряду.
Решим задачу. В некоторой точке поля на заряд (2 нанокулон)2нКл действует сила 0,4 (четыре десятых микроньютон) мкН. Найти напряженность поля в этой точке. 
Решение: Воспользуемся определением напряженности электрического поля, подставим данные и получим ответ: напряженность поля равна 200 вольт на метр.
Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд, и противоположно направлению силы, действующей на отрицательный заряд.
Модуль напряженности поля точечного заряда (кю) q  на расстоянии (эр) r  от него прямо пропорционален отношению  модуля величины точечного заряда к квадрату расстояния от него с коэффициентом пропорциональности Кулона, равным один к четыре пи эпсилон нулевое.
Если на тело действуют несколько сил, то согласно законам механики результирующая сила равна геометрической сумме сил.  На электрические заряды действуют силы со стороны электрического поля. Значит, напряженности электрических полей тоже складываются геометрически. В этом состоит принцип суперпозиции полей, который формулируется так: если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают электрические поля, напряженности которых (е1, е2, е3) Ē₁, Ē₂, Ē₃ и т.д., то результирующая напряженности поля в этой точке равна их сумме. 
Мы получим некоторое представление о распределении поля, если нарисуем векторы напряженности поля в нескольких точках пространства. Картина будет более наглядной, если нарисовать непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через которую они проходят, совпадают с векторами напряженности. Эти линии называют силовыми линиями электрического поля или линиями напряженности. Силовые линии электрического поля непрерывны и никогда не пересекаются. Они всегда начинаются на положительном заряде и заканчиваются на отрицательном или уходят в бесконечность.
Введение электрического поля позволяет разделить задачу вычисления сил взаимодействия заряженных частиц на две части. Сначала вычисляют напряженность поля, созданного зарядами, а затем по известной напряженности определяют силы. Такое разделение задачи облегчает расчеты сил.
Например, решим задачу.
Заряды (кю1 в десять нанокулонов) q₁ = 10 нКл и (кю2 в двадцать нанокулонов) q₂ = 20 нКл расположены в точках А и В. Найти напряженность поля в точках С и D, если АС =10 см, СВ = ВD = 5 см.
Решение. В точке С: согласно принципу суперпозиции напряженность равна сумме напряженностей в точке А и В.  Так как векторы направлены в противоположные стороны, надо из большей по абсолютной величине напряженности вычесть меньшую.  Напряженность, создаваемая зарядом q1 пропорциональна отношению величины заряда кю1 к длине отрезка АС; зарядом q2 – отношению заряда кю2 к длине отрезка СВ.                   
Проведем расчеты, подставив данные, получим Е1= 9000 Н/Кл; Е2=70000 Н/Кл.
Чтобы узнать напряженность поля в точках С и D, мы от Е2 отнимем Е1.  
Ответ:61000 ньютон на кулон.

Остались вопросы по теме? Наши репетиторы готовы помочь!

• Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам

• Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки

• Повысим успеваемость по школьным предметам

• Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ

Выбрать репетитора

Физики впервые точно измерили электрическое поле солнца

14.07.2021 13:04

1357

Добавить в закладки

В новом исследовании физики под руководством Университета Айовы сообщают о первых точных измерениях электрического поля Солнца и о том, как электрическое поле взаимодействует с солнечным ветром — быстро текущим током заряженных частиц, который может влиять на деятельность человека на Земле, — пишет eurekalert.org со ссылкой на The Astrophysical Journal.

Физики рассчитали распределение электронов в электрическом поле Солнца, что стало возможным благодаря тому факту, что Parker Solar Probe пролетел в пределах 0,1 астрономической единицы (AU), или всего 9 миллионов миль, от Солнца — ближе, чем когда-либо проходил космический корабль. По распределению электронов физики смогли более четко определить величину электрического поля Солнца, чем это делалось раньше.

«Ключевой момент, который я хотел бы сделать, это то, что вы не можете проводить эти измерения вдали от Солнца. Вы можете сделать их только тогда, когда подойдете близко, — говорит Джаспер Халекас, доцент кафедры физики и астрономии в Айове. — Это все равно что пытаться понять водопад, глядя на реку в миле ниже по течению. Совершая измерения, которые мы сделали на 0,1 а.е., мы находились именно на водопаде. В этой точке солнечный ветер все еще ускоряется. Это действительно потрясающе – быть внутри этого».

Электрическое поле Солнца возникает в результате взаимодействия протонов и электронов, возникающих при разделении атомов водорода на части при очень высоких температурах, генерируемых термоядерным синтезом глубоко внутри Солнца. В этой среде электроны с массой в 1800 раз меньше, чем у протонов, вылетают наружу, будучи менее сдержанными гравитацией, чем их более тяжелые протонные братья и сестры. Но протоны с их положительным зарядом сдерживают некоторые электроны из-за известных нам сил притяжения противоположно заряженных частиц.

«Электроны пытаются убежать, но протоны оттягивают их назад. И это создает электрическое поле, — говорит Халекас, соисследователь прибора «Электроны, альфы и протоны солнечного ветра» на борту солнечного зонда Паркер (НАСА), запущенного в августе 2018 года. — Если бы не было электрического поля, все электроны устремились бы прочь и исчезли. Но электрическое поле удерживает все вместе как однородный поток».

Теперь представьте электрическое поле Солнца в виде огромной чаши, а электроны — в виде шариков, катящихся по бокам с разной скоростью. Некоторые электроны или шарики в этой метафоре достаточно подвижны, чтобы пересечь край чаши, в то время как другие не ускоряются достаточно быстро и в конечном итоге откатываются к основанию чаши.

«Мы измеряем те электроны, которые откатываются, а не те, которые пересекли край, — говорит Халекас. — По сути, существует граница в энергии между теми, которые покидают чашу, и теми, которые этого не делают, и ее можно измерить. Поскольку мы достаточно близки к Солнцу, мы можем проводить точные измерения распределения электронов до того, как произойдут столкновения, которые искажают границу и затемняют отпечаток электрического поля».

Из этих измерений физики могут узнать больше о солнечном ветре — потоке плазмы со скоростью миллион миль в час, исходящей от Солнца, которая омывает Землю и другие планеты Солнечной системы. Они обнаружили, что электрическое поле Солнца оказывает некоторое влияние на солнечный ветер, но меньшее, чем предполагалось.

«Теперь мы можем определить, какая часть ускорения обеспечивается электрическим полем Солнца, — говорит Халекас. — Похоже, что это электрическое поле – не главная сила, дающая толчок солнечному ветру, что также указывает на другие механизмы, которые могут давать солнечному ветру большую часть энергии».

[Фото: eurekalert.org]

 

Автор Подготовила Анна Юдина

Солнце протон солнечный ветер электрон электрическое поле солнца

Источник: www.eurekalert.org

Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.

НАУКА ДЕТЯМ

СМИ о выборах президента РАН 2022. 2 день.

19:35 / Наука и общество, Общее собрание РАН 2022

В Южной Америке обнаружены три новых вида «подземных» змей

19:30 / Биология

«Россия 24» — интервью с новым президентом РАН Г.Я. Красниковым

18:40 / Наука и общество, Общее собрание РАН 2022

«Россия 24» — президентом РАН стал Геннадий Красников

18:30 / Наука и общество, Общее собрание РАН 2022

«Россия 1» — «Вести» — Выбран новый президент РАН

18:20 / Наука и общество, Общее собрание РАН 2022

«Первый канал» — В Российской академии наук выбран новый руководитель

18:10 / Наука и общество, Общее собрание РАН 2022

Исследование: в Азии разнообразие динозавров сократилось перед массовым вымиранием

18:00 / Палеонтология

Технология ученых СПбПУ позволяет за 20 секунд построить 3D-модель сердца пациента перед операцией

17:45 / Медицина

Первая пресс-конференция Г. Я. Красникова в должности президента РАН

17:00 / Наука и общество, Общее собрание РАН 2022

Разработка ученых ЛЭТИ позволит повысить безопасность переработки и хранения радиоактивных отходов

16:45 / Экология, Энергетика

Памяти великого ученого. Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008

04.03.2019

Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002

04.03.2019

Вспоминая Сергея Петровича Капицу

14.02.2017

Смотреть все

Электрическое поле

Главная \ Электрическое поле

   Понятие «электрическое поле«, как и понятие вообще обо всех, так называемых, физических полях возникло сравнительно недавно. Двухсот лет не прошло. Вначале людям было достаточно того, что наэлектризованные тела так или иначе взаимодействуют друг с другом. Без понятия поля удалось построить практически всю электростатику, сформировать закон Кулона, выяснить роль среды в электрических взаимодействиях. Действие заряженных тел на расстоянии во времена Ш. О. Кулона не представлялось чем-то непонятным. Дело в том, что со времён Ньютона люди привыкли к тому, что массивные тела притягиваются друг к другу на расстоянии, без непосредственного контакта. Этого понимания было вполне достаточно для построения практически всей классической механики. На расстоянии взаимодействовали и заряды и магниты. Но вот в первой трети 19 века, во времена Фарадея, многие исследователи начали задаваться вопросом: как же могут взаимодействовать материальные объекты на расстоянии через «ничто»?

   Надо отметить, что в те времена уже существовал универсальный ответ на этот вопрос: материальные тела взаимодействуют друг с другом вовсе не через «ничто», а через вполне реальную окружающую их среду, через мировой эфир. Но такой ответ был слишком общим, слишком абстрактным. Без точных знаний об эфире не удавалось даже понять чем отличаются гравитационные взаимодействия 

от электрических, а электрические от магнитных и т. п. А ответы хотелось получить здесь и сейчас. Обычное для людей свойство. Тогда некоторые учёные (в частности сам М. Фарадей), просто объявили, что наэлектризованные или намагниченные тела окружены неким подобием «атмосферы», некоей субстанцией, которую назвали в случае наэлектризованных тел электрическим полем, а в случае тел намагниченных (и токов) магнитным полем. Конечно же, сразу проэкстраполировали эту идею на взаимодействие массивных тел, и назвали специфическую атмосферу, якобы окружающую массивные тела, гравитационным полем.

   Вначале никто особо не настаивал на физической реальности этих полей (за исключением, быть может, М. Фарадея, который, говорят современники, буквально «видел» силовые линии). Потом много потрудились над понятием поля математики и математически образованные физики, такие как Дж. Максвелл, О. Хевисайд, Г. Герц. Выведены были уравнения полей, установлены различные красивые законы и соотношения, началось плодотворное практическое использование электричества и магнетизма. И к концу 19 века уже все прочно верили в то, что эти физические поля — не просто удобный приём для описания неких загадочных взаимодействий, но реально и объективно существующие физические субстанции.  Произошло так называемое овеществление полей (по К. Канну). Но быстро выяснилось, что магнитные явления могут порождать электрические, а электрические процессы могут порождать магнитные взаимодействия. Стало быть, что же, эти поля не есть самостоятельные, объективно существующие и независящие ни от чего сущности? К этому времени из физики уже практически изгнали мировой  эфир, отчаявшись грубыми механистическими методами что-то выяснить о его сущности и свойствах. Так что вернуться назад, от придуманных наскоро «полей» к основе, к мировой среде было уже затруднительно.

   В начале 20 века учёные понимают, что никакиго магнитного поля, как самостоятельной физической субстанции не существует, а электрическое поле тоже проявляет себя по-разному в зависимости от того движется прибор или стоит. Возникла и экспериментальная база и теории, вроде специальной теории относительности (СТО) Эйштейна, которые ясно показывали  относительность силовых взаимодействий, а, значит, и их причины — физических полей. А раз «поле» зависит от того, движется наблюдатель (с прибором) или нет, вплоть до полного исчезновения этого «поля», то какие же они, к чёрту, объективно существующие субстанции? Чтобы как-то смягчить шок и недоумение от этого случившегося в первой же трети 20 века «исчезновения полей», учёные придумали так называемое «электромагнитное поле». Мол, магнитного и электрического поля нет, а есть единое электромагнитное поле, частными проявлениями которого являются электрические и магнитные явления, и вот оно-то и обладает объективным бытием. Вроде бы, ловкий ход? Увы, к тому времени как этот приём был придуман и внедрён в широкий научный обиход, уже появились на свет и «овеществились» новые «поля»: сильное и слабое ядерное, отвечающие за соответствующие взаимодействия между элементарными частицами. Да и с гравитационным случилась беда — оно, оказывается (по крайней мере теоретически, в рамках общей теории относительност (ОТО)),  должно влиять на электрические и магнитные взаимодействия. А возможно и на слабые с сильными. И тут родилась идея объединить все вообще столь поспешно овеществлённые «поля» в некое «Единое Поле», которое, соответственно, обладало бы максимальной объективностью и могло бы объяснить все известные учёным виды физических силовых взаимодействий. Идея, вроде бы, благородная. Только вот почти столетие возни в этом направлении так и не принесло серьёзного результата. Не выходит, увы, «каменный цветок»! А если завтра учёные придумают ещё парочку «полей»? А ведь уже, уже тянут ручонки… Вон, космологический член, якобы отвечающий за расширение Вселенной кое-кто уже уверенно крестит «полем». Эдаким всемирным полем отталкивания…

   А куда, собственно, наука идёт этим путём? Путём порождения всё новых и новых «полей» и последующего мучительного объединения их в некое «единое поле»? А идёт она всё к той же «мировой среде», к эфиру, от которого так поспешно, так неудачно и так ненадолго попыталась отказаться. Так может быть ну его, этот махровый мазохизм бесконечного придумывания полей с последующим объединением? Может начать-таки плясать от печки, т.е. от признания вездесущей мировой среды, эфира, через который и посредством которого и передаются все виды взаимодействий? Оказывается, что электрическое поле разумно мыслить просто как поляризованный эфир. Ниже приведены работы, в которых показано, как электрическое поле может быть сведено к эфиру, к его определённому поляризованному состоянию и к чему такой шаг приводит.

• Электрическое поле?! Это очень просто!

Электрическое поле. Напряженность. Линии напряженности 10 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Электрическое поле

 

Закон Кулона, изученный на прошлом уроке, был установлен экспериментально и справедлив для покоящихся заряженных тел. Каким же образом происходит взаимодействие заряженных тел на расстоянии? До некоторых пор при изучении электрических взаимодействий бок о бок развивались две принципиально разные теории: теория близкодействия и теория дальнодействия (действия на расстоянии).

 

Теория близкодействия заключается в том, что заряженные тела взаимодействуют друг с другом посредством промежуточного звена (например, цепь в задаче о поднятии ведра из колодца является промежуточным звеном, посредством которого мы воздействуем на ведро, то есть поднимаем его).

Теория дальнодействия гласит, что заряженные тела взаимодействуют через пустоту. Шарль Кулон придерживался именно этой теории и говорил, что заряженные тела «чувствуют» друг друга. В начале XIX века конец спорам положил Майкл Фарадей (рис. 1). В работах, связанных с электрическим полем, он установил, что между заряженными телами существует некий объект, который и осуществляет действие заряженных тел друг на друга. Работы Майкла Фарадея были подтверждены Джеймсом Максвеллом (рис. 2). Он показал, что действие одного заряженного тела на другое распространяется за конечное время, таким образом, между заряженными телами должно существовать промежуточное звено, через которое осуществляется взаимодействие.

Рис. 1. Майкл Фарадей (Источник)	Рис. 2. Джеймс Клерк Максвелл (Источник)

Определение: Электрическое поле – это особая форма материи, которая создается покоящимися зарядами и определяется действием на другие заряды.

 

Напряженность

 

 

Электрическое поле характеризуется определенными величинами. Одна из них называется напряженностью.

 

Вспомним, что по закону Кулона, сила взаимодействия двух зарядов:

Максвелл показал, что это взаимодействие осуществляется за конечное время:

где l – расстояние между заряженными частицами, а c – скорость света, скорость распространения электромагнитных волн.

Рассмотрим эксперимент по взаимодействию двух зарядов. Пусть электрическое поле создается положительным зарядом +q₀, и в это поле на некотором расстоянии помещается пробный, точечный положительный заряд +q (рис. 3,а). Согласно закону Кулона, на пробный заряд будет действовать сила электростатического взаимодействия со стороны заряда, создающего электрическое поле. Тогда отношение этой силы к величине пробного заряда будет характеризовать действие электрического поля в данной точке. Если же в эту точку будет помещен вдвое больший пробный заряд, то сила взаимодействия также увеличится вдвое (рис. 3,б). Аналогичным образом отношение силы к величине пробного заряда снова даст значение действия электрического поля в данной точке. Так же действие электрического поля определяется и в том случае, если пробный заряд отрицательный (рис. 3,в).

Рис. 3. Сила электростатического взаимодействия двух точечных зарядов

Таким образом, в точке, где находится пробный заряд, поле характеризуется величиной:

Эта величина и называется напряженностью электрического поля. Напряженность поля в данной точке не зависит от величины пробного заряда: во всех трех случаях отношение силы к величине заряда – постоянная величина. Единица измерения напряженности:

Напряженность – векторная величина, является силовой характеристикой электрического поля, направлена в ту же сторону, куда и сила электростатического взаимодействия. Она показывает, с какой силой электрическое поле действует на помещенный в него заряд.

 

Напряженность поля точечного заряда

 

 

Рассмотрим напряженность электрического поля уединенного точечного заряда либо заряженной сферы.

 

Из определения напряженности следует, что для случая взаимодействия двух точечных зарядов, зная силу их кулоновского взаимодействия, можем получить величину напряженности электрического поля, которое создается зарядом q₀ в точке на расстоянии r от него до точки, в которой исследуется электрическое поле:

Данная формула показывает, что напряженность поля точечного заряда изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от данного заряда, то есть, например, при увеличении расстояния в два раза, напряженность уменьшается в четыре раза.

 

Линии напряженности

 

 

Попытаемся теперь охарактеризовать электростатическое поле нескольких зарядов. В этом случае необходимо воспользоваться сложением векторных величин напряженностей всех зарядов. Внесем пробный заряд и запишем сумму векторов сил, действующих на этот заряд. Результирующее значение напряженности получится при разделении значений этих сил на величину пробного заряда. Данный метод называется принципом суперпозиции.

 

Напряженность электростатического поля принято изображать графически при помощи силовых линий, которые также называют линиями напряженности. Такое изображение можно получить, построив вектора напряженности поля в как можно большем количестве точек вблизи данного заряда или целой системы заряженных тел.

Рис. 4. Линии напряженности электрического поля точечного заряда (Источник)

Рассмотрим несколько примеров изображения силовых линий. Линии напряженности выходят из положительного заряда (рис. 4,а), то есть положительный заряд является источником силовых линий. Заканчиваются линии напряженности на отрицательном заряде (рис. 4,б).

Рассмотрим теперь систему, состоящую из положительного и отрицательного зарядов, находящихся на конечном расстоянии друг от друга (рис. 5). В этом случае линии напряженности направлены от положительного заряда к отрицательному.

Большой интерес представляет электрическое поле между двумя бесконечными плоскостями. Если одна из пластин заряжена положительно, а другая отрицательно, то в зазоре между плоскостями создается однородное электростатическое поле, линии напряженности которого оказываются параллельными друг другу (рис. 6). 

Рис. 5. Линии напряженности системы двух зарядов (Источник)  

Рис. 6. Линии напряженности поля между заряженными пластинами (Источник)

В случае неоднородного электрического поля величина напряженности определяется густотой силовых линий: там, где силовые линии гуще, величина напряженности поля больше (рис. 7).

Рис. 7. Неоднородное электрическое поле (Источник)

Определение: Линиями напряженности называют непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с векторами напряженности в этой точке.

Линии напряженности начинаются на положительных зарядах, заканчиваются на отрицательных и являются непрерывными.

Изображать электрическое поле с помощью силовых линий мы можем так, как сами посчитаем нужным, то есть число силовых линий, их густота ничем не ограничивается. Но при этом необходимо учитывать направление векторов напряженности поля и их абсолютные величины.

Очень важно следующее замечание. Как говорилось ранее, закон Кулона применим только для точечных покоящихся зарядов, а также заряженных шариков, сфер. Напряженность же позволяет характеризовать электрическое поле вне зависимости от формы заряженного тела, которое это поле создает.

 

Список литературы

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. , Сотский Н. Н. Физика: учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни. – М.: Просвещение, 2008.
2. Касьянов В. А. Физика. 10 кл.: учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. — М.: Дрофа, 2000.
3. Рымкевич А. П. Физика. Задачник. 10-11 кл.: пособие для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2013.
4. Генденштейн Л. Э., Дик Ю. И. Физика. 10 класс. В 2 ч. Ч. 1. Учебник для общеобразовательных учреждений (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2009.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «nauka.guskoff.ru» (Источник)
2. Youtube (Источник).
3. Интернет-портал «physics.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

1. Стр. 378: № 1–3. Касьянов В. А. Физика. 10 кл.: учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. — М.: Дрофа, 2000. (Источник)
2. С каким ускорением движется электрон в поле напряженностью 10 кВ/м?
3. В вершинах равностороннего треугольника со стороной a находятся заряды +q, +q и –q. Найти напряженность поля Е в центре треугольника.

 

полей в физике: определение, понятие

поле в физике: определение, понятие

Выберите язык

Предлагаемые языки для вас:

Европа

английский (DE) английский (Великобритания)

StudySmarter — универсальное учебное приложение.

4.8 • Рейтинг +11k

Более 3 миллионов загрузок

Бесплатно

Сохранять

Распечатать

Редактировать

Хотите улучшить оценки?

Нет I Sure Do

Нет, я еще не готов

Получите бесплатный полный доступ к:

• Flashcards
• Примечания
• Пояснения
• Планировщик исследований
• Решения для учебников

Поля в физике

Содержание :

ОГЛАВЛЕНИЕ

Квантовая теория поля — самая передовая научная теория, когда-либо разработанная людьми. Она основана на квантовой основе, но основным объектом теории являются поля. Поля в физике — это наиболее адекватная сущность, которую физики нашли для описания реальности. Два известных примера — магнитное поле и электрическое поле, благодаря которым работает почти каждое устройство от мобильных телефонов до ускорителей частиц.

Что такое поля и почему они важны?

Мы собираемся проанализировать, как концепция поля развивалась исторически и что мотивировало ее возникновение и эволюцию. Затем мы рассмотрим некоторые важные следствия теорий поля в физике.

Исторические представления о поле

Уже в Древней Греции философы и математики выработали интуицию в отношении, в основном, бесконтактных сил чего-то, что существовало в пространстве и заставляло вещи двигаться или вести себя определенным образом. Точная математическая формулировка этой идеи не была достигнута до тех пор, пока Ньютон не сформулировал свою теорию тяготения. С тех пор основные характеристики полей стали пониматься так:

• Наличие источника , отвечающего за существование поля. Например, обычным источником магнитного поля является магнит. В современной физике передовые теории и измерения привели к открытию определенных частиц, «несущих» взаимодействие, таких как фотоны в случае электромагнитного поля.
• Пространственно-подобный символ : поле может вести себя как скалярная величина в пространстве, показывая только величину, или оно может иметь направление или другие более сложные характеристики. Например, гравитация направлена ​​к земле, а температура имеет значение только как число, измеряющее ее интенсивность.
• Местонахождение : это ключевая характеристика обычных полей, являющихся функциями пространства-времени. Это означает, что самое общее поле принимает разные значения для разных точек пространства и эволюционирует во времени для каждой точки. Например, температура в комнате со временем меняется и будет тем выше, чем ближе мы подойдем к обогревателю.

Рис. 1. Пример векторного поля. Источник: AllenMcC, wikipedia.org (GNU FDL).

Хотя космоподобный характер был быстро понят учеными и философами, природа источников и местонахождение широко подвергались сомнению на протяжении всей истории. Что касается источников, то правда, согласно нашему пониманию полей, не всегда существует собственный источник, как, например, для температуры.

С другой стороны, проблема локальности представляет большую проблему при моделировании и понимании полей. Например, раньше считалось, что температура создается в «пузырях», которые плавают вокруг. В настоящее время, хотя локальность является общепринятым принципом, некоторые нелокальные эффекты заставили нас поверить, что он является приблизительным, но не полностью правильным.

Важность полей

Большинство задач по физике в старшей школе связаны с крайне упрощенными силами, действующими очень локально, но только в определенной точке пространства. Мы обнаруживаем, что точечные частицы являются элементарными объектами, с которыми мы работаем. У нас есть примеры этого в зарядах, ответственных за создание электрического поля, или в большинстве современных атомных моделей при рассмотрении электрона. Поля являются обобщением на все пространство упомянутых нами локальных точечных сил. В конце концов, это все благодаря тому, что взаимодействия, вызванные полями, происходят в точках, меньших любого масштаба, который мы рассматриваем.

Каковы последствия полей как физических объектов?

Мы собираемся рассмотреть некоторые следствия полей для физических теорий. В частности, мы кратко сосредоточимся на паре математических аспектов, а затем на некоторых чисто физических.

Математические следствия

Основным следствием полей и их природы является возможность использовать дифференциальное исчисление для изучения того, как работают поля. Это вообще полезно, так как у нас есть много понятий статистических манипуляций, преобразований выражений и т. д., которые позволяют нам развиваться во многих направлениях и работать с компьютерами, когда системы слишком сложны. Тем не менее у теорий поля есть математические проблемы, которые решаются (и решаются) для получения разумных результатов.

Физические следствия

Физические следствия, хотя и не полностью независимые от математических, основаны на том факте, что силы теперь вызваны сущностью, которая пронизывает все пространство и развивается во времени. Суть поля в обилии информации. Поскольку для каждой точки у нас есть информация о напряженности поля, его направлении, эволюции во времени и т. д., мы можем обобщить динамику любого объекта, подверженного влиянию поля.

Каковы примеры физических полей?

Перечислим, наконец, несколько примеров полей в физике и кратко объясним их природу и роль:

• Гравитационное поле : вероятно, самое известное и до сих пор широко исследуемое. Он порождается наличием массы и имеет направление. Первая математическая формулировка принадлежит Ньютону, и это наиболее актуальная область в межпланетных масштабах.
• Электромагнитное поле : второе место в конкурсе славы полей, оно генерируется наличием заряда, состояние движения которого создает различные виды электрических полей, магнитных полей или того и другого. Современные теории электромагнетизма основаны на частицах, называемых фотонами, которые создают поле.
• Потоковое течение/ветер : они очень похожи в том, что они распространяются в материальных средах, воздухе и воде, и обычно имеют направление, ограниченное плоскостью (они не идут вверх или вниз). Они не имеют надлежащего физического источника, как в предыдущих примерах, а вызваны явлениями окружающей среды.

Рис. 2. Гравитационное поле, создаваемое землей. Источник: MikeRun, Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0).

Поля и их последствия — основные выводы

• Поля являются основными базовыми объектами современной физики, моделирующей взаимодействия.

• Обычно они обладают определенным пространственнообразным характером, связанными источниками и свойством локальности.

• Локальность является ключевым аспектом полей. Это позволяет нам выполнять с ними много физических задач, но также создает некоторые проблемы, которые еще предстоит решить.

• Гравитация и электромагнетизм — две основные области физики.

Часто задаваемые вопросы о полях в физике

Это сущность, зависящая от пространства и времени, которая вызывает физические взаимодействия.

Источником поля является сущность, создающая поле. Это может быть физическая величина, такая как масса для гравитации, или действие какого-либо явления или устройства, такого как вентилятор, создающий ветер.

Некоторыми примерами являются поле, связанное с ветром, гравитационное поле (или гравитация), электрическое поле и магнитное поле (или объединенное электромагнитное поле).

Заключительный тест «Поля в физике»

Вопрос

Что такое поля в физике?

Показать ответ

Ответить

Поля — это физические сущности, протяженные в пространстве-времени, которые моделируют взаимодействия.


Показать вопрос

Вопрос

Была ли идея поля неизменной на протяжении всей истории?

Показать ответ

Ответить

Нет, хотя было быстро замечено, что некоторые явления зависят от пространства-времени, представление об источниках, вызывающих эти явления, или о том, насколько они локальны, со временем изменилось.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильный ответ:

Показать ответ

Ответ

Двумя ключевыми характеристиками полей являются локальность и пространственный характер.


Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильный ответ:


Показать ответ

Ответ

Температура не имеет характерного источника.

Показать вопрос

Вопрос

Является ли локальность принципом, полностью признанным универсальным?

Показать ответ

Ответить

Нет, но он считается примерно универсальным свойством природы.


Показать вопрос

Вопрос

 Выберите правильный ответ:

Показать ответ

Ответ

Поля зависят от времени и пространства.


Показать вопрос

Вопрос

Что является примером поля без определенного источника?

Показать ответ

Ответ

Поле, связанное с ветром.


Показать вопрос

Вопрос

Всегда ли температура рассматривалась как поле, создаваемое на микроскопическом уровне?

Показать ответ

Ответить

 Нет, исторически считалось, что он был создан в «пузырях».


Показать вопрос

Вопрос

Существуют ли физические частицы, переносящие взаимодействие полей?

Показать ответ

Ответ

Да, но не для каждого поля.


Показать вопрос

Вопрос

Что является примером взаимодействия частицы с полем?

Показать ответ

Ответить

Фотон, ответственная частица за перенос электромагнитного взаимодействия.


Показать вопрос

Вопрос

Существуют ли точечные частицы?

Показать ответ

Ответить

Это неизвестно.


Показать вопрос

Вопрос

Используется ли дифференциальное исчисление в теории поля?


Показать ответ

Ответить

Да, а также интегральное исчисление.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильный ответ:

Показать ответ

Ответ

Гравитационное поле создается массами.


Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильный ответ:

Показать ответ

Ответить

Магнитное поле и электрическое поле не являются независимыми.

Показать вопрос

Вопрос

Являются ли магниты точечными частицами, источниками магнитного поля?

Показать ответ

Ответить

Они являются источником магнитного поля, но они не являются точечными частицами.


Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильный ответ.

Показать ответ

Ответ

Второй закон движения Ньютона — это закон, который связывает результирующую силу со скоростью изменения количества движения.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильный ответ.

Показать ответ

Ответить

Первый закон движения Ньютона подразумевает, что движущиеся в пространстве объекты движутся с постоянной скоростью.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильный ответ.

Показать ответ

Ответ

Закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что сила притяжения между двумя телами одинакова для каждого из них.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильный ответ.

Показать ответ

Ответить

Ракеты движутся, потому что они выбрасывают частицы с импульсом, а согласно третьему закону движения Ньютона на ракете создается импульс.

Показать вопрос

Вопрос

Всегда ли верна формулировка «полная сила равна произведению массы на ускорение»?

Показать ответ

Ответ

Нет, выражение «общая сила равна произведению массы на ускорение» верно только в том случае, если масса постоянна.

Показать вопрос

Вопрос

Согласно законам Ньютона, можем ли мы замедлить свет, приложив силу?

Показать ответ

Ответить

Согласно законам Ньютона, мы не можем замедлить свет, применяя силу, потому что у света нет массы.

Показать вопрос

Вопрос

Почему объекты, лежащие на поверхности, остаются неподвижными (не движутся) в соответствии с законами Ньютона?

Показать ответ

Ответ

Объекты, лежащие на поверхности, не двигаются, потому что на них не действует результирующая сила, которая могла бы изменить их состояние покоя.

Показать вопрос

Вопрос

Что такое инерционная масса?

Показать ответ

Ответить

Инерционная масса — это название, данное массе, фигурирующей в законах Ньютона.

Показать вопрос

Вопрос

Почему объекты, движущиеся с определенной скоростью, обычно в какой-то момент останавливаются? Выберите правильный ответ.

Показать ответ

Ответить

Потому что не существует идеальных условий для применения первого закона Ньютона. Всегда есть какая-то сила, обычно трение.

Показать вопрос

Вопрос

Объясните в терминах третьего закона Ньютона, почему мы умеем плавать? Выберите правильный ответ.

Показать ответ

Ответ

Когда мы двигаем руками и ногами в воде, мы вытесняем частицы воды, которые воздействуют на нас с силой, заставляя нас двигаться.

Показать вопрос

Вопрос

Если объект вращается по кругу в круговом движении без трения, и круговое движение внезапно прекращается, что происходит с объектом? Выберите правильный ответ.

Показать ответ

Ответ

Если объект внезапно перестанет вращаться, он продолжит движение по прямой линии, касательной к исходной окружности с постоянной скоростью.

Показать вопрос

Вопрос

Что такое принцип эквивалентности?

Показать ответ

Ответить

Это принцип, согласно которому масса, измеряющая интенсивность гравитационного взаимодействия, и инерционная масса одинаковы.

Показать вопрос

Вопрос

Играют ли массы в законе тяготения Ньютона аналогичную роль?

Показать ответ

Ответить

Да, их перестановка равнозначна глобальному знаку в формуле, который учитывает противоположное направление в соответствии с третьим законом Ньютона.

Показать вопрос

Вопрос

 Выберите правильный ответ.

Показать ответ

Ответить

Сила гравитационного поля зависит от массы.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильный ответ.

Показать ответ

Ответить

Сила гравитационного поля определяется массой и влияет на массы.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильный ответ.

Показать ответ

Ответить

Ньютоновское описание напряженности гравитационного поля совместимо с более современными описаниями.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильный ответ.

Показать ответ

Ответить

Радиальная зависимость является признаком изотропии, т. е. эквивалентности всех пространственных направлений.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильный ответ.

Показать ответ

Ответ

Сила гравитационного поля на Солнце больше, чем на Юпитере.

Показать вопрос

Вопрос

Кто впервые дал строгую формулировку напряженности гравитационного поля?

Показать ответ

Ответить

Ньютон сформулировал первую строгую формулировку напряженности гравитационного поля.

Показать вопрос

Вопрос

Каковы две характеристики теории для описания напряженности гравитационного поля?

Показать ответ

Ответ

Теория, описывающая напряженность гравитационного поля, имеет две характеристики: массы играют эквивалентную роль при вычислении сил, вызванных напряженностью гравитационного поля?

Показать ответ

Ответить

Да, массы играют эквивалентную роль при вычислении сил, вызванных силой гравитационного поля, потому что можно описать силу притяжения с точки зрения той или иной массы.

Показать вопрос

Вопрос

Можете ли вы назвать другую теорию напряженности гравитационного поля, более фундаментальную, чем теория Ньютона?

Показать ответ

Ответить

Общая теория относительности Эйнштейна.

Показать вопрос

Вопрос

Постоянна ли напряженность гравитационного поля на поверхности планет и звезд?

Показать ответ

Ответить

Да, напряженность гравитационного поля постоянна на поверхности планет и звезд, потому что они имеют приблизительно сферическую форму, а поверхность находится на постоянном радиальном расстоянии.

Показать вопрос

Вопрос

Является ли напряженность гравитационного поля Земли постоянной, когда объект находится внутри нее и движется к ее ядру?

Показать ответ

Ответ

Нет, сила гравитационного поля Земли не постоянна, когда объект находится внутри нее и движется к ее ядру, потому что радиальное расстояние уменьшается (а также количество массы, притягивающейся к ядру).

Показать вопрос

Вопрос

Постоянна ли напряженность гравитационного поля Земли при удалении от поверхности?

Показать ответ

Ответить

Нет, сила гравитационного поля Земли не остается постоянной при удалении от поверхности, потому что радиальное расстояние увеличивается.

Показать вопрос

Вопрос

Какой астрономический объект в Солнечной системе имеет наибольшую напряженность поверхностного гравитационного поля?

Показать ответ

Ответ

Солнце имеет самую большую поверхностную силу гравитационного поля (это самый большой астрономический объект в Солнечной системе, но это не единственная переменная, потому что важна и его масса).

Показать вопрос

Вопрос

Какая планета Солнечной системы имеет наибольшую силу поверхностного гравитационного поля?

Показать ответ

Ответ

У Юпитера самая большая сила поверхностного гравитационного поля (это самая большая планета в Солнечной системе (но это не единственная переменная, так как ее масса тоже важна).

Показать вопрос

Вопрос

Имеет ли напряженность гравитационного поля бесконечный диапазон?

Показать ответ

Ответить

Да, сила гравитационного поля имеет бесконечный диапазон. Он может достигать сколь угодно больших расстояний с ненулевым значением интенсивности.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильное утверждение:

Показать ответ

Ответ

Гравитационное поле связано с полем гравитационного потенциала.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильное утверждение:

Показать ответ

Ответить

Источником гравитационной потенциальной энергии являются массы.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильное утверждение:

Показать ответ

Ответ

Гравитационная потенциальная энергия уменьшается с радиальным расстоянием.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильное утверждение:

Показать ответ

Ответ

Гравитационная потенциальная энергия объясняет, почему мы устаем, поднимаясь в гору.

Показать вопрос

Вопрос

Выберите правильное утверждение:

Показать ответ

Ответ

Гравитационная потенциальная энергия может быть аппроксимирована с помощью более простого уравнения для точек, близких к поверхности земли.

Показать вопрос

Вопрос

Какая особенность гравитационного поля обеспечивает существование гравитационного потенциала?

Показать ответ

Ответить

Гравитационное поле консервативно.

Показать вопрос

Вопрос

Почему гравитационный потенциал имеет сферическую симметрию?

Показать ответ

Ответить

Потому что нет особых пространственных направлений.

Показать вопрос

Подробнее о полях в физике

Откройте для себя подходящий контент для ваших тем

Не нужно обманывать, если у вас есть все необходимое для успеха! Упаковано в одно приложение!

Учебный план

Будьте идеально подготовлены вовремя с индивидуальным планом.

Тесты

Проверьте свои знания с помощью игровых тестов.

Карточки

Создавайте и находите карточки в рекордно короткие сроки.

Заметки

Создавайте красивые заметки быстрее, чем когда-либо прежде.

Учебные наборы

Все учебные материалы в одном месте.

Документы

Загружайте неограниченное количество документов и сохраняйте их в Интернете.

Study Analytics

Определите сильные и слабые стороны вашего исследования.

Еженедельные цели

Ставьте индивидуальные учебные цели и зарабатывайте баллы за их достижение.

Умные напоминания

Хватит откладывать на потом наши напоминания об учебе.

Награды

Зарабатывайте очки, открывайте значки и повышайте уровень во время учебы.

Волшебный маркер

Создавайте карточки в заметках полностью автоматически.

Интеллектуальное форматирование

Создавайте самые красивые учебные материалы, используя наши шаблоны.

Как различные поля взаимодействуют друг с другом?

спросил 8 лет, 2 месяца назад

Изменено 11 месяцев назад

Просмотрено 4к раз

$\begingroup$

Недавно я прослушал несколько докладов и лекций о квантовой теории поля. Они объяснили, что означает «частица» в поле, и что достаточно сильное возбуждение в определенном поле может возбудить другое поле (фактически создав новую частицу), но они не упомянули, как происходит это взаимодействие.

Поиск вокруг Я слышал, что взаимодействие передается «виртуальными частицами», но не нужно ли этим частицам собственное поле (потому что частица — это просто определенная рябь в поле)? И если у этих виртуальных частиц есть собственное поле, то как это поле взаимодействует с двумя другими полями, которые оно опосредует?

Спасибо!

• квантовая теория поля

$\endgroup$

$\begingroup$

Используя описание теории поля, а это верно как для классической теории поля, так и для квантовой теории поля, поля взаимодействуют из-за определенных членов в лагранжиане или гамильтониане, которые зависят от нескольких полей. Или, что то же самое, они взаимодействуют, потому что члены, зависящие от одного поля, появляются в уравнениях движения для другого поля. 9{\mu\nu}=\dots$. Точно так же уравнение Дирака для поля Дирака модифицируется, поскольку частные производные «декорируются» калибровочным потенциалом $A_\mu$, превращаясь в ковариантные производные.

Следовательно, простые волновые (или аналогичные простые) решения для невзаимодействующих полей больше не являются решениями, если эти взаимодействия присутствуют или разрешены. Нетривиальные значения одного поля подразумевают различную эволюцию другого поля и так далее. Например, электромагнитная волна перенаправляется при столкновении с заряженной частицей (или пакетом заряженного поля) и т. д.

Если настаивать на теории поля, то нет «более глубокого» объяснения того, почему термины присутствуют в гамильтониане, лагранжиане или уравнениях движения — они в значительной степени определяют теорию на самом глубоком уровне. В теории струн или другой (гипотетической) лежащей в основе теории члены лагранжиана могут быть получены из более глубокого принципа.

Виртуальные частицы или поля обеспечивают взаимодействие между другими полями – например, виртуальные фотоны (виртуальные кванты электромагнитного поля) вызывают электростатическое отталкивание между двумя дираковскими или другими заряженными полями. Но это всего лишь особый тип «составного» взаимодействия. На микроскопическом уровне элементарным взаимодействием является взаимодействие между электромагнитным и заряженным полями, и это взаимодействие является «прямым» и не зависит от каких-либо дополнительных виртуальных частиц.

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Я не «эксперт», но я хотел бы дать здесь ответ непрофессионала, если что, чтобы его могли разобрать люди, которые знают больше, и, возможно, превратился в ответ непрофессионала, который приближается к истине. .

Поля «взаимодействуют» в силу того, что занимают одно и то же пространство. Поля, присутствующие в определенной точке пространства, содержат определенное количество энергии из-за того, что эти поля независимо находятся под «напряжением», и со временем это напряжение распространяется через поле — и это «волна».

Но энергия доступна всем полям, потому что они «пересекаются» друг с другом. «Поля» хранят энергию как разные «аспекты» пространства, т. е. само пространство имеет способ передачи нескольких «напряжений», независимых друг от друга, но энергия может передаваться между этими «полями», потому что это одно и то же пространство. .

Однако, поскольку поля являются «квантовыми», «частица» может проявиться только тогда, когда энергии, присутствующей в области, достаточно, чтобы возбудить поле на требуемой частоте. «Частица» возникает, когда поле вынуждено вибрировать с определенной частотой — и мы интерпретируем это как частицу. Если поле не возбуждается с правильной энергией для создания «частицы», то энергия не передается от поля к полю.

Итак, энергия может свободно передаваться между различными полями, где они совпадают в пространстве, и передача может сохраняться только там, где она приводит к «частице». Если область пространства «накачать» энергией, то это приводит к созданию «частиц», в которых поля начинают колебаться с правильной частотой для этого поля.

Энергия связывает возбуждения в разных полях, где они совпадают в пространстве. Энергия могла поставляться, которая еще не была в форме частиц. Например, частицы сталкиваются друг с другом на высокой скорости, в результате чего частицы получают кинетическую энергию.

«Виртуальные частицы» представляют собой форму «ступеньки», где энергия на короткое время проходит через поле на пути к другому полю или обратно к исходному полю. Но «частица», которая появляется в поле «ступеньки», не является стабильной, потому что она немедленно поглощается другим полем, которое затем приводит к «стабильной» частице.

$\endgroup$

$\begingroup$

Чтобы проиллюстрировать концепцию взаимодействий, рассмотрим свободный фермион Дирака, управляемый лагранжианом, 9\mu A_ \mu)$. 2$$

в единицах $c=\hbar=1$. Нам не нужно добавлять новое поле для описания виртуального фотона.

$\endgroup$

3

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Справочное руководство по Physics Field в Unreal Engine

Выберите вашу операционную систему:

Windows

macOS

Linux

На этой странице

На этой странице содержится справочная информация о Physics Field System в Unreal Engine 5 .

Частица хаоса — это точка в пространстве с различными свойствами, такими как положение, скорость и масса, на которые может влиять решатель физики хаоса. Эти частицы также могут иметь дополнительные свойства, такие как ориентация, угловая скорость, инерция и геометрия.

Система физических полей поставляется с тремя основными типами полей.

Список типов полей

Тип поля	Описание
Переходное поле	Эти поля создаются, выполняются и уничтожаются во время выполнения во время вызова функции или события. Переходные поля используются для добавления временного эффекта к физическому моделированию, такого как приложение внешней деформации или линейной скорости к твердым телам, которые перекрывают объем поля.
Строительная площадка	Эти поля создаются в скрипте построения чертежа и сохраняют поле после каждой компиляции. Наиболее распространенным примером строительного поля является якорное поле, используемое для удержания на месте фрагментов Коллекции геометрии. Вы можете удалить все поля построения компонента с помощью узла RemoveConstructionFields .
Постоянное поле	Эти поля создаются и остаются активными до тех пор, пока не будут явно удалены. Постоянные поля оцениваются на каждом такте физического моделирования. Распространенным примером является поле «Отключить», которое можно использовать для отключения фрагментов коллекций геометрии, перекрывающих его объем. Вы можете удалить все постоянные поля компонента с помощью узла RemovePersistentFields .

Каждый тип поля применяется к определенному физическому типу , такому как линейная сила, внешнее напряжение или отключенный порог, к перекрывающимся частицам хаоса. Каждый тип физики классифицируется по типу как целочисленный, скалярный или векторный.

Список типов полевой физики

Тип	Тип физики	Описание
Целое число	Динамическое состояние	Устанавливает состояние Частицы Хаоса на Статическое, Динамическое, Кинематическое или спящее.
	Активировать Отключено	Активирует все отключенные Частицы Хаоса, для которых значение поля будет равно 0.
	Группа столкновений	Устанавливает группу столкновения частиц хаоса.
Скаляр	Внешняя деформация	Применяет внешнее напряжение к Частицам Хаоса. Если эта внешняя деформация больше внутренней, кластер коллекции геометрии сломается.
	Внутренняя деформация	Добавляет поле внутренней деформации к частицам хаоса.
	Порог отключения	Отключает Частицы Хаоса, если линейная или угловая скорость меньше указанного порога.
	Порог сна	Устанавливает Частицы Хаоса в спящий режим, если линейная или угловая скорость меньше указанного порога.
	Убивающие частицы	Отключает Частицы Хаоса, оценка поля которых дает значение больше 0. Эти частицы немедленно отключаются.
Вектор	Линейная сила	Добавляет векторное поле к текущей линейной силе Частицы Хаоса.
	Линейная скорость	Добавляет векторное поле к текущей линейной скорости Частицы Хаоса.
	Угловая скорость	Добавляет векторное поле к текущей угловой скорости Частицы Хаоса.
	Угловой крутящий момент	Добавляет векторное поле к текущему угловому крутящему моменту Частицы Хаоса.

Поля могут использовать различные типы метаданных для добавления дополнительной информации о том, как их следует оценивать.

Список метаданных, доступных для полей

Тип	Имя	Описание
Государственный	Динамический	Фильтр для движущихся частиц хаоса на основе физического моделирования.
	Кинематика	Фильтр для частиц хаоса, которые движутся, но не управляются физической симуляцией. Типичным примером является перемещение Частицы Хаоса с помощью анимации.
	Статическая	Фильтр для частиц хаоса, которые в настоящее время не движутся и не могут получать силы от физической симуляции.
	Спальный	Фильтр частиц хаоса, которые в настоящее время находятся в спящем режиме и ждут повторной активации.
	Отключено	Фильтр частиц хаоса, который в настоящее время отключен.
	Все	Фильтр для всех частиц хаоса в Chaos Solver, независимо от состояния.
Объект	Жесткий	Применить поле ко всем физическим твердым объектам.
	Ткань	Применение поля ко всем предметам из ткани.
	Разрушение	Применить поле ко всем коллекциям геометрии.
	Символ	Применить поле ко всем узлам анимации твердого тела.
	Все	Применить Поле ко всем объектам Хаоса.
Позиция	Центр масс	Поле будет оцениваться в центре масс твердого объекта.
	Точка вращения	Поле будет оцениваться в точке поворота жесткого объекта.
Разрешение	Минимум	Фильтр для частиц хаоса, которые в настоящее время включены.
	Родители	Фильтр для всех сгруппированных Частиц Хаоса главных родителей.
	Максимум	Фильтр для частиц хаоса, которые включены и отключены.

Каждое поле определяется графом Blueprint, который подключается к контакту узла поля узла физического поля . График определяет объем и свойства поля.

График схемы состоит из полевых узлов , которые добавляются как дочерние компоненты компонента полевой системы.

Список полевых узлов

Тип поля	Имя	Описание
Целое число	Однородное целое	Устанавливает универсальное целочисленное значение независимо от позиции выборки. Выход равен величине.
	Радиальная внутренняя маска	Если расстояние выборки от положения поля меньше или больше радиуса, установите внутреннее или внешнее значение на промежуточный результат. На конечное выходное значение будет влиять промежуточное значение, основанное на условии маски.
Скаляр	Универсальный скаляр	Устанавливает универсальное скалярное значение независимо от положения выборки. Выход равен величине.
	Волновой скаляр	Устанавливает скалярное значение временной волны в соответствии с расстоянием выборки от положения поля.
	Радиальный спад	Устанавливает скалярное значение поля для уменьшения с расстоянием до положения центра сферы.
	Спад плоскости	Устанавливает скалярное значение поля для уменьшения с расстоянием до плоскости, определяемой парой положение/нормаль.
	Коробка Falloff	Устанавливает скалярное значение поля для уменьшения по мере удаления от центра поля.
	Шумовое поле	Определяет скалярное значение шума Перлина, если сэмпл находится в пределах прямоугольника.
Вектор	Унифицированный вектор	Устанавливает однородное значение вектора независимо от позиции выборки. Выход равен величине * направлению.
	Радиальный вектор	Устанавливает значение радиального вектора, направление которого является нормализованным вектором от позиции выборки до позиции поля. Выход равен величине * направлению.
	Случайный вектор	Устанавливает случайное значение вектора независимо от позиции выборки. Выход равен величине * случайному направлению.
Оператор	Поле оператора	Вычисляет математическую операцию между двумя указанными полями.
	В целочисленное поле	Преобразует скалярное поле в целочисленное поле.
	В плавающее поле	Преобразует целочисленное поле в скалярное поле.
	Поле отбраковки	Оценивает поле ввода в соответствии с результатом отбраковки поля.

Топологическая физика сильного поля на шкале времени сублазерного цикла

• Письмо
• Опубликовано: 23 сентября 2019 г.
• Р. Э. Ф. Сильва ORCID: orcid.org/0000-0002-1920-5861 ^{1,2 na1} ,
• Á. Хименес-Галан ORCID: orcid.org/0000-0003-2116-7187 ^{1 na1} ,
• Б. Аморим ORCID: orcid.org/0000-0001-8566-0718 ^3,4 ,
• О. Смирнова ORCID: orcid.org/0000-0002-7746-5733 ^1,5 и
• …
• Иванов М. ^1,6,7  

Природа Фотоника том 13 , страницы 849–854 (2019)Цитировать эту статью

• 6013 Доступ

• 83 Цитаты

• 71 Альтметрический

• Детали показателей

Предметы

• Генерация высоких гармоник
• Нелинейная оптика
• Сверхбыстрая фотоника

Abstract

Временная шкала электронного отклика на сильные поля с сублазерным циклом позволяет получать аттосекундные динамические изображения в атомах, молекулах и твердых телах ^1,2,3,4 , с оптическим туннелированием и генерацией высоких гармоник, отличительными чертами аттосекундной оптическая спектроскопия ^2,5,6,7 . Топологические изоляторы тесно связаны с динамикой электронов, что проявляется через киральные краевые токи ⁸ , но неясно, оставляет ли и как топология свой след на оптическом туннелировании и электронном отклике субцикла. Здесь мы выявляем отчетливые объемные топологические эффекты на направленность и синхронизацию токов, возникающих при инжекции электронов в зоны проводимости. Мы показываем, что электроны туннелируют по-разному в тривиальных и топологических изоляторах для одной и той же зонной структуры, и определяем ключевую роль кривизны Берри в этом процессе. Эти эффекты отображаются на топологически зависимые аттосекундные задержки и спиральности излучаемых гармоник, которые записывают фазовую диаграмму системы. Наши результаты создают новые дорожные карты в исследованиях топологических систем, основанные на вездесущих свойствах отклика сильного поля сублазерного цикла — уникального знака аттосекундной науки.

Это предварительный просмотр содержимого подписки, доступ через ваше учреждение

Соответствующие статьи

Статьи открытого доступа со ссылками на эту статью.

• Генерация ультрафиолетового суперконтинуума за счет ионной когерентности в сильном лазерном поле

  • Хунбинь Лэй
  • , Цзиньпин Яо
  •  … Цзэнсю Чжао

  Связь с природой Открытый доступ 14 июля 2022 г.

• Влияние спин-орбитальной связи на высокие гармоники топологического полуметалла Дирака Na3Bi

  • Николя Танконь-Дежан
  • , Флориан Г. Эйх
  •  и Анхель Рубио

  npj Вычислительные материалы Открытый доступ 06 июля 2022 г.

• Наблюдение управляемой светом зонной структуры с помощью многозонной спектроскопии высоких гармоник

  • Айелет Ж. Узан-Наровлански
  • , Альваро Хименес-Галан
  •  … Нирит Дудович

  Природа Фотоника Открытый доступ 02 июня 2022 г.

Варианты доступа

Подписаться на журнал

Получить полный доступ к журналу на 1 год

99,00 €

всего 8,25 € за выпуск

Подписаться

Расчет налогов будет завершен во время оформления заказа.

Купить статью

Получите ограниченный по времени или полный доступ к статье на ReadCube.

32,00 $

Купить

Все цены указаны без учета стоимости.

Рис. 1: Система Холдейна в двух фазах. Рис. 2: Спиральность гармоник в топологических изоляторах. Рис. 3: Топологически зависимые временные задержки излучения гармоник. Рис. 4: Топологический сигнал в введенных токах.

Доступность данных

Данные, подтверждающие графики в этой статье, и другие результаты этого исследования можно получить у соответствующих авторов по обоснованному запросу.

Ссылки

1. Краус Ф. и Иванов М. Аттосекундная физика. Ред. Мод. физ. 81 , 163–234 (2009).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

2. Бейкер, С. и др. Исследование динамики протонов в молекулах в аттосекундной шкале времени. Наука 312 , 424–427 (2006).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

3. Шафир Д. и др. Определение времени выхода электрона из туннельного барьера. Природа 485 , 343–346 (2012).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

4. Hohenleutner, M. et al. Наблюдение в режиме реального времени за интерферирующими кристаллическими электронами при генерации высоких гармоник. Природа 523 , 572–575 (2015).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

5. Смирнова О. и др. Интерферометрия высших гармоник многоэлектронной динамики в молекулах. Природа 460 , 972–977 (2009).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

6. Эккарт, С. и др. Сверхбыстрая подготовка и обнаружение кольцевых токов в одиночных атомах. г. Нац. физ. 14 , 701–704 (2018).

   Артикул Google ученый

7. Ghimire, S. et al. Наблюдение генерации высших гармоник в объемном кристалле. Нац. физ. 7 , 138–141 (2010).

   Артикул Google ученый

8. Хасан, М. З. и Кейн, К. Л. Коллоквиум: топологические изоляторы. Ред. Мод. физ. 82 , 3045–3067 (2010).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

9. «>

   Schubert, O. et al. Управление подциклом генерации высших гармоник терагерцового диапазона динамическими блоховскими колебаниями. Нац. Фотон. 8 , 119–123 (2014).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

10. Луу, Т. Т. и др. Ультрафиолетовая спектроскопия высоких гармоник твердых тел. Природа 521 , 498–502 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

11. Вампа, Г. и др. Полностью оптическая реконструкция кристаллической зонной структуры. Физ. Преподобный Летт. 115 , 193603 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

12. Танконь-Дежан Н., Мюкке О.Д., Картнер Ф.Х. и Рубио А. Влияние электронной зонной структуры на спектры генерации высоких гармоник твердых тел. г. физ. Преподобный Летт. 118 , 087403 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

13. Макдональд, К.Р., Вампа, Г., Коркум, П.Б. и Брабек, Т. Механизм межзонных блоховских колебаний для генерации высоких гармоник в полупроводниковых кристаллах. Физ. Ред. A 92 , 033845 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

14. Бауэр, Д. и Хансен, К. К. Генерация высоких гармоник в твердых телах с топологическими краевыми состояниями и без них. Физ. Преподобный Летт. 120 , 177401 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

15. Сильва Р. Е. Ф., Блинов И. В., Рубцов А. Н., Смирнова О., Иванов М. Спектроскопия высоких гармоник сверхбыстрой динамики многих тел в сильно коррелированных системах. Нац. Фотон. 12 , 266–270 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

16. Лю, Х. и др. Генерация высоких гармоник атомарно тонким полупроводником. Нац. физ. 13 , 262–265 (2017).

    Артикул Google ученый

17. Луу, Т. Т. и Вернер, Х. Дж. Измерение кривизны Берри твердых тел с использованием спектроскопии высоких гармоник. Нац. коммун. 9 , 916 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

18. Таулесс, Д. Дж., Комото, М., Найтингейл, М. П. и ден Нийс, М. Квантовая холловская проводимость в двумерном периодическом потенциале. Физ. Преподобный Летт. 49 , 405–408 (1982).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

19. Reimann, J. et al. Подцикловое наблюдение токов Дирака, управляемых световыми волнами, в топологической поверхностной полосе. Природа 562 , 396–400 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

20. Холдейн, Ф. Д. М. Модель квантового эффекта Холла без уровней Ландау: реализация «аномалии четности» в конденсированном состоянии. Физ. Преподобный Летт. 61 , 2015–2018 (1988).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet Статья Google ученый

21. Йоцу, Г. и др. Экспериментальная реализация топологической модели Холдейна с ультрахолодными фермионами. Природа 515 , 237–240 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

22. Кейн, К. Л. и Меле, Э. Дж. Z ₂ топологический порядок и квантовый спиновый эффект Холла. Физ. Преподобный Летт. 95 , 146802 (2005).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

23. «>

    Мак, К.Ф., Макгилл, К.Л., Парк, Дж. и МакЮэн, П.Л. Эффект Холла долины в MoS _{2 транзистора} . Наука 344 , 1489–1492 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

24. Вампа, Г. и Брабек, Т. Слияние генерации высоких гармоник газами и твердыми телами и его последствия для аттосекундной науки. J. Phys. В 50 , 083001 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

25. Ндабашимие, Г. и др. Твердотельные гармоники за атомным пределом. Природа 534 , 520–523 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

26. Хокинс П.Г., Иванов М.Ю. и Яковлев В.С. Влияние множественных зон проводимости на излучение высших гармоник диэлектриками. Физ. Ред. A 91 , 013405 (2015 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

27. «>

    Зуррон-Сифуэнтес, О., Бойеро-Гарсия, Р., Эрнандес-Гарсия, К., Пикон, А. и Плаха, Л. Оптическая анизотропия непертурбативной генерации гармоник высокого порядка в бесщелевом графене. г. опт. Экспресс 27 , 7776–7786 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

28. Чакон, А. и др. Наблюдение за топологическими фазовыми переходами с высокой генерацией гармоник. Препринт на https://arxiv.org/abs/1807.01616 (2018).

29. Барт И., Смирнова О. Неадиабатическое туннелирование в лазерных полях с круговой поляризацией: физическая картина и расчеты. Физ. Ред. А 84 , 063415 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

30. Cireasa, R. et al. Исследование молекулярной хиральности в субфемтосекундной шкале времени. Нац. физ. 11 , 654–658 (2015).

    Артикул Google ученый

31. Чанг, К.-З. и другие. Экспериментальное наблюдение квантового аномального эффекта Холла в магнитном топологическом изоляторе. Наука 340 , 167–170 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

32. Сала, С., Фёрстер, Дж. и Саенс, А. Квантовый симулятор ультрахолодного атома для аттосекундной науки. Физ. Ред. A 95 , 011403 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

33. Лу Л., Иоаннопулос Дж. Д. и Солячич М. Топологическая фотоника. г. Нац. Фотон. 8 , 821–829 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

34. Сильва, Р. Э. Ф., Мартин, Ф. и Иванов, М. Генерация высоких гармоник в кристаллах с использованием максимально локализованных функций Ванье. Препринт на https://arxiv.org/abs/1904.00283 (2019).

35. Эшкрофт, Н. и Мермин, Н. Физика твердого тела (Cengage Learning, 2011).

36. Келдыш Л.В. Ионизация в поле сильной электромагнитной волны. г. сов. физ. ЖЭТФ 20 , 1307–1314 (1965).

    MathSciNet Google ученый

37. Вампа, Г. и др. Теоретический анализ генерации высших гармоник в твердых телах. Физ. Преподобный Летт. 113 , 073901 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

38. Левенштейн М., Балкоу П., Иванов М. Ю., Л’Юлье А. и Коркум П. Б. Теория генерации высоких гармоник низкочастотными лазерными полями. г. физ. Ред. A 49 , 2117–2132 (1994).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

39. «>

    Иванов М.Ю., Спаннер М. и Смирнова О. Анатомия ионизации сильным полем. Дж. Мод. Опц. 52 , 165–184 (2005).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

40. Смирнова О., Спаннер М., Иванов М. Анатомия сильнопольной ионизации II: одевать или не одевать? Дж. Мод. Опц. 54 , 1019–1038 (2007).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

41. Барт И. и Смирнова О. Неадиабатическое туннелирование в лазерных полях с круговой поляризацией. II. Вывод формул. Физ. Ред. A 87 , 013433 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

42. Педацур, О. и др. Аттосекундная туннельная интерферометрия. г. Нац. физ. 11 , 815–819 (2015).

    Артикул Google ученый

43. «>

    Maresse, Y. et al. Спектроскопия высших гармоник многоканальной динамики при сильнопольной ионизации. Физ. Преподобный Летт. 104 , 213601 (2010).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

44. Hartung, A. et al. Электронная спиновая поляризация при сильнопольной ионизации атомов ксенона. г. Нац. Фотон. 10 , 526–528 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

Ссылки на скачивание

Благодарности

R.E.F.S. и М.И. выражают признательность за поддержку со стороны Исследовательского совета по инженерным и физическим наукам / Лаборатории оборонных наук и технологий (EPSRC / DSTL) Инициативы междисциплинарных университетских исследований (MURI) грант EP / N018680 / 1. Р.Э.Ф.С. признает поддержку стартового гранта Европейского исследовательского совета (ERC-2016-STG714870). А.Ж.-Г. и М.И. благодарим за поддержку со стороны Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Quantum Dynamics in Tailored Intense Fields (QUTIF), грант IV 152/6-1. ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. выражает признательность за поддержку проекта SM 29 программы DFG Schwerpunktprogramm 1840 «Квантовая динамика в специализированных интенсивных полях».2/5-1, и проект Molecular Electron Dynamics Investigated by Intense Fields and Attosecond Pulses (MEDEA), который получил финансирование от исследовательской и инновационной программы Horizon 2020 Европейского Союза в рамках соглашения о гранте Марии Склодовской-Кюри №. 641789. Б.А. получил финансирование от исследовательской и инновационной программы Horizon 2020 Европейского Союза в рамках соглашения о гранте №. 706538.

Информация об авторе

Примечания автора

1. Эти авторы внесли равный вклад: R. E. F. Silva, Á. Хименес-Галан.

Авторы и филиалы

1. Институт Макса Борна, Берлин, Германия

   R. E. F. Silva, Á. Jiménez-Galán, O. Smirnova & M. Ivanov

2. Департамент теоретической физики конденсированного вещества, Universidad Autónoma de Madrid, Madrid, Испания

   R. E. F. Silva

3. Cefema, Instervito Surfer Thecnic. Португалия

   B. Amorim

4. Физический факультет, Центр физики и QuantaLab, Университет Минью, кампус Гуалтар, Брага, Португалия

   B. Amorim

5. Technische Universität Berlin, Ernst-Ruska-Gebäude, Berlin, Германия

   O. Smirnova

6. Департамент физики, Университет Хамболдта, Берлин, Германия

   . Ivanov. Blackett Laboratory, Imperial College London, South Kensington Campus, London, UK

   M. Ivanov

Авторы

1. R. E. F. Silva

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

2. Б. Jiménez-Galán

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. B. Amorim

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

4. Смирнова О.

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

5. М. Иванов

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Contributions

REFS, ÁJ-G. и М.И. развил идею. Р.Э.Ф.С. разработал числовой код, Á.J.-G. выполнили моделирование и проанализировали данные. Р.Э.Ф.С., А.Ж.-Г. и О.С. разработал аналитический анализ И. Б.А., О.С. и М.И. разработал аналитический анализ II. А.Ж.-Г. и М.И. написал основную часть рукописи, которая обсуждалась всеми авторами.

Авторы переписки

Переписка с REF Silva или Á. Хименес-Галан.

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Дополнительная информация

Примечание издателя Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​принадлежности к организациям.

Дополнительная информация

Дополнительная информация

Дополнительные примечания и рисунки.

Права и разрешения

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Эта статья цитируется

• Генерация ультрафиолетового суперконтинуума за счет ионной когерентности в сильном лазерном поле

  • Хунбинь Лэй
  • Цзиньпин Яо
  • Цзэнсю Чжао

  Nature Communications (2022)

• Исследование топологических фазовых переходов с использованием генерации высоких гармоник

  • Кристиан Хайде
  • Юки Кобаяши
  • Шамбху Гимире

  Природа Фотоника (2022)

• Правила выбора в системах с нарушением симметрии по симметрии в синтетических измерениях

  • Матан Эвен Цур
  • Офер Нойфельд
  • Орен Коэн

  Nature Communications (2022)

• Влияние спин-орбитальной связи на высокие гармоники топологического полуметалла Дирака Na3Bi

  • Николя Танконь-Дежан
  • Флориан Г. Эйх
  • Ангел Рубио

  npj Расчетные материалы (2022)

• Генерация высоких гармоник в конденсированных средах

  • Элефтериос Гулиельмакис
  • Томас Брабек

  Природа Фотоника (2022)

NobelPrize.

org

Нобелевская премия по физике присуждалась 115 раз 219Лауреаты Нобелевской премии в период с 1901 по 2021 год. Джон Бардин — единственный лауреат, удостоенный Нобелевской премии по физике дважды, в 1956 и 1972 годах. Это означает, что в общей сложности 218 человек получили Нобелевскую премию по физике. Нажмите на ссылки, чтобы получить больше информации.

---

Найти все призы в | физика | химия | физиология или медицина | литература | мир | экономические науки | все категории

---

Нобелевская премия по физике 2022

Нобелевская премия по физике 2022 года еще не присуждена. Об этом будет объявлено не раньше, чем во вторник, 4 октября, в 11:45 по центральноевропейскому времени.

Нобелевская премия по физике 2021

«за новаторский вклад в наше понимание сложных систем»

Сюкуро Манабэ и Клаус Хассельманн «за физическое моделирование климата Земли, количественную оценку изменчивости и надежное предсказание глобального потепления»

Джорджио Паризи «за открытие взаимодействия беспорядка и флуктуаций в физических системах от атомного до планетарного масштаба»

Нобелевская премия по физике 2019 г.



«за вклад в наше понимание эволюции Вселенной и места Земли в космосе»

Джеймс Пиблз «за теоретические открытия в области физической космологии»

Мишель Майор и Дидье Кело «за открытие экзопланеты, вращающейся вокруг звезды солнечного типа»

Артур Ашкин «за оптический пинцет и его применение в биологических системах»

Жерар Муру и Донна Стрикленд «за их метод генерации сверхкоротких оптических импульсов высокой интенсивности»

Нобелевская премия по физике 2013 г. наше понимание происхождения массы субатомных частиц, которое недавно было подтверждено открытием предсказанной фундаментальной частицы в экспериментах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН»

«за новаторский вклад в разработку методов рассеяния нейтронов для исследования конденсированных сред»

Бертрам Н. Брокхаус «за развитие нейтронной спектроскопии»

Клиффорд Г. Шулл «за развитие метода нейтронной дифракции»

Нобелевская премия по физике 1993 г.



Рассел А. Халс и Джозеф Х. Тейлор-младший «за открытие нового типа пульсара, открытие, открывшее новые возможности для изучения гравитации»

Нобелевская премия по физике 1991

Пьер-Жиль де Жен «за открытие того, что методы, разработанные для изучения явления порядка в простых системах, могут быть распространены на более сложные формы материи, в частности на жидкие кристаллы и полимеры»

Kenneth G Уилсон «за его теорию критических явлений в связи с фазовыми переходами»

Нобелевская премия по физике 1974 г.

Сэр Мартин Райл и Энтони Хьюиш «за их новаторские исследования в области радиоастрофизики: Райл за его наблюдения и изобретения, в частности метод апертурного синтеза и Хьюиша за его решающую роль в открытии пульсаров»

Нобелевская премия по физике 1973

Лео Эсаки и Ивар Гиавер «за их экспериментальные открытия, касающиеся явлений туннелирования в полупроводниках и сверхпроводниках соответственно»

Брайан Дэвид Джозефсон «за его теоретические предсказания свойств сверхтока через туннельный барьер , в частности те явления, которые широко известны как эффекты Джозефсона»

Мюррей Гелл-Манн «за его вклад и открытия, касающиеся классификации элементарных частиц и их взаимодействий»

Нобелевская премия по физике 1968

Луис Вальтер Альварес «за решающий вклад в физику элементарных частиц, в частности за открытие большого числа резонансных состояний, ставшее возможным благодаря его разработке техники использования водородной пузырьковой камеры и данных анализ»

Макс Борн «за его фундаментальные исследования в области квантовой механики, особенно за его статистическую интерпретацию волновой функции»

Вальтер Боте «за метод совпадений и сделанные им открытия»

Нобелевская премия по физике 1953 г.



Фриц Цернике «за демонстрацию фазово-контрастного метода, особенно за изобретение фазово-контрастного микроскопа»

Нобелевская премия по физике 1943 г.

Отто Штерн «за вклад в развитие метода молекулярных лучей и открытие им магнитного момента протона». Призовые деньги были с 1/3 распределены в Основной фонд и с 2/3 в Специальный фонд этого призового раздела.

Нобелевская премия по физике 1941

В этом году Нобелевская премия не присуждалась. Призовые деньги были с 1/3 распределены в Основной фонд и с 2/3 в Специальный фонд этого призового раздела.

Нобелевская премия по физике 1940

В этом году Нобелевская премия не присуждалась. Призовые деньги были с 1/3 распределены в Основной фонд и с 2/3 в Специальный фонд этого призового раздела.

Нобелевская премия по физике 1938 г.

Энрико Ферми «за демонстрацию существования новых радиоактивных элементов, полученных нейтронным облучением, и связанное с ним открытие ядерных реакций, вызванных медленными нейтронами»

Нобелевская премия по физике 1934

В этом году Нобелевская премия не присуждалась. Призовые деньги были с 1/3 распределены в Основной фонд и с 2/3 в Специальный фонд этого призового раздела.

Нобелевская премия по физике 1931

В этом году Нобелевская премия не присуждалась. Призовые деньги были выделены в специальный фонд этого призового раздела.

Жан Батист Перрен «за работу по прерывистой структуре материи и особенно за открытие седиментационного равновесия»

Нобелевская премия по физике 1916

В этом году Нобелевская премия не присуждалась. Призовые деньги были выделены в специальный фонд этого призового раздела.

Домашняя страница по физике 582

Ниже вы найдете подробный план курса (или программу) по физике 582. Это разделены на пункты, и там вы найдете ссылки на мои заметки о классе. выложу их как они становятся доступными.

Как вы знаете, осенью 2021 года этот курс будет преподаваться лично (и, возможно, в масштабе). Если вы не можете присутствовать лично, важно, чтобы у вас был доступ к компьютеру и хороший доступ в Интернет, чтобы это работало. Мои зум-лекции с осени 2020 года были записаны и снабжены субтитрами, а записи доступны в MediaSpace. (Запись лекций). Доступ к записи лекций доступен только для зарегистрированных студентов.

Я настоятельно рекомендую вам прочитать материал, который будет рассмотрен на уроке из моей книги. Я также хочу призвать вас приходить с вопросами и присылать их мне заранее по электронной почте.

Вы также найдете ссылки на комплекты домашних заданий и их решения. Всего будет шесть комплектов домашних заданий. Наборы домашних заданий – это очень важно. Там вы найдете множество приложений к разным задачам в различных области физики, в которых теория поля играет существенную роль. Вы не сможете чтобы освоить предмет, если вы не делаете (и не обсуждаете) наборы задач.

Все комплекты домашних заданий должны быть выполнены в 9:00 вечера (центральное время США) назначенного срока. Ниже вы найдете наборы домашних заданий, которые вам нужно будет загрузить, с четко указанным сроком выполнения (все время указано по центральному времени США). Вам придется либо подготовить свои решения с помощью LaTeX (намного предпочтительнее), либо отсканировать четкую рукописную версию ваших решений. Вам нужно будет загрузить свои решения на веб-сайт, указанный ниже. Можно загрузить отсканированный файл рукописного решения, если он разборчив. Это означает, что ваши решения не должны содержать ничего зачеркнутого и написанного темной ручкой достаточно крупным шрифтом на бумаге с двойным интервалом с представленными уравнениями (а не написанными как часть строкового текста), чтобы их можно было легко прочитать. Не следует отправлять решения по электронной почте! Нечитаемые решения оцениваться не будут. Доступ к веб-сайту, на который вы сможете загрузить свои решения (и где вы также сможете загрузить оцениваемый набор), осуществляется через эта ссылка. Никакие поздние наборы решений не будут приняты, если вы заранее не договоритесь об этом с TA и с мне. За просроченные наборы решений будет наложен 20-процентный штраф.

В дополнение к моим рабочим часам (см. выше), оба ТА будут проводить каждый рабочий час также в масштабе. TA отправят приглашения каждому зарегистрированному студенту на собрания в рабочее время по электронной почте.

Не будет промежуточный экзамен, но будет итоговый экзамен на вынос. Вы можете подготовьте свой набор решений в электронном виде, и у вас есть выбор: подготовить решение в LateX (настоятельно желательно) и отправить мне файл в формате pdf по электронной почте не позднее пятницы, 17 декабря, 17:00 (CST). В качестве альтернативы вы можете подготовить рукописное решение. В этом случае вы должны писать темными чернилами и быть разборчивыми. Вы должны отправить мне pdf-файл вашего решения по электронной почте. Вы не должны размещать свое решение ни в физике 582 ящик с домашним заданием и не в моем почтовом ящике, так как меня не будет в городе. Напоминаем, что итоговый экзамен обязательно, и я должен буду поставить F любому студенту, который не сдаст решение вовремя. Там продлений не будет, так как мне нужно быстро сдать оценки.

Итоговая оценка будет определяться шестью комплектами домашних заданий и итоговым экзаменом. Итоговый экзамен «Забрать домой» будет иметь тот же вес, что и один из шести комплектов домашних заданий. Буквенные оценки будут определяться следующим образом: для A+ потребуется не менее 95 % оценки, A не менее 90 % оценки, A- не менее 85 % оценки, B+ не менее 80 % оценки. оценка, B не менее 75% оценки, B- не менее 70% оценки, C+ не менее 65% оценки и так далее.

Ниже вы найдете наборы HW для Physics 582. Обратите внимание на четко обозначенные сроки. Чтобы сдать pdf-файл вашей работы, мы будем следовать следующей процедуре. Нажав на эту ссылку, вы получите доступ к веб-сайту, где вы можете загрузить свой файл PDF. Чтобы получить доступ к этому защищенному веб-сайту, вам потребуется ввести сетевой идентификатор и пароль Университета Иллинойса. Затем вы увидите меню со списком домашних заданий по физике 582, и вы сможете выбрать, какое домашнее задание вы хотите загрузить. После того, как TA оценит домашнюю работу, вы сможете получить доступ к оцененной работе и загрузить ее, используя эту же ссылку.

Домашнее задание №1 Опубликовано : понедельник, 23 августа 2021 г. Дата окончания: пятница, 10 сентября 2021 г., 17:00 (центральное время США)

Решения домашнего задания комплект 1; Опубликовано : среда, 22 сентября 2021 г.

Домашнее задание №2 Опубликовано : воскресенье, 12 сентября 2021 г. Дата окончания: пятница, 24 сентября 2021 г., 21:00 (центральное время США)

Решения домашнего задания комплект 2; Опубликовано : пятница, 1 октября 2021 г.

Домашнее задание №3 Опубликовано : пятница, 24 сентября 2021 г. Срок: пятница, 8 октября 2021 г., 21:00 (центральное время США).

Решения домашнего задания комплект 3; Опубликовано : среда, 13 октября 2021 г.

Комплект домашних заданий №4; Опубликовано : пятница, 9 октября 2021 г. Дата окончания: пятница, 22 октября 2021 г. , 21:00 (центральное время США) Новый крайний срок: понедельник, 25 октября 2021 г., 21:00 по центральному времени США

Решения домашнего задания комплект 4; Отправлено : среда, 27 октября 2021 г.

Комплект домашних заданий №5; Опубликовано : понедельник, 25 октября 2021 г. Срок: пятница, 12 ноября 2021 г., 21:00 (центральное время США) , заменено отредактированной версией в среду, 27 октября 2021 г.

Решения домашнего задания комплект 5; Опубликовано : четверг, 18 ноября 2021 г.

Домашнее задание № 6 Опубликовано : пятница, 12 ноября 2021 г. Дата окончания: суббота, 4 декабря 2021 г., 9:00 pm (центральное время США) (новый крайний срок)

Решения домашнего задания комплект 6; Опубликовано : вторник, 7 декабря 2021 г.

Домашнее задание № 7/ Итоговый экзамен Опубликовано : пятница, суббота, 4 декабря 2021 г. , Срок: пятница, 17 декабря 2021 г., 21:00 (центральное время США). Четко читаемый pdf-файл (составленный в LaTeX или отчетливо написанная от руки отсканированная версия) должен быть загружен на тот же веб-сайт, который вы использовали для других наборов задач. Этим последним набором домашних заданий будет выпускной экзамен по физике 582 «Возьмите домой». Решения с опозданием не принимаются. г.

План курса

Введение в квантовую теорию поля

Классическая теория поля


Поля, лагранжианы и гамильтонианы. Действие. Реальный и сложные поля. Пространство-время и внутренние симметрии. Принцип наименьшего действия. Уравнения поля. Минковски и евклидовы пространства.
Свободное массивное релятивистское скалярное поле. Уравнение Клейна-Гордона, его решения. и их физическая интерпретация. Релятивистская ковариация.
Статистическая механика как теория поля. Грубая зернистость и гидродинамическая картина. Теория фазовых переходов Ландау и Функционалы Ландау. Симметрии. Аналогия с полем Клейна-Гордона.
Теория поля и уравнение Дирака. Уравнение Дирака: операторы Дирака и Клейна-Гордона. Спиноры. Алгебра Дирака. Релятивистская ковариация. Решения и их физический интерпретация. Симметрии. Отверстия. Безмассовые частицы и хиральность.
Электродинамика Максвелла как теория поля. Уравнения Максвелла. Калибровочная инвариантность. Решения и фиксация датчика. спиральность.
Классическая теория поля в каноническом формализме. Аналитическое продолжение к мнимому времени и связи между квантовой теорией поля и классическая статистическая Механика.

Симметрии и законы сохранения


Непрерывные симметрии, законы сохранения и Теорема Нётер.
Внутренние симметрии. Глобальные симметрии и групповые представления. Локальные симметрии и калибровочная инвариантность. Неабелева калибровочная инвариантность. Минимальное сцепление.
Роль топологии: эффект Ааронова-Бома.
Симметрии пространства-времени и тензор энергии-импульса. Тензор энергии-импульса и геометрия пространство-время.

Каноническое квантование


Элементарная квантовая механика.
Каноническое квантование в теории поля.
Простой пример: квантованные упругие волны.
Квантование свободной скалярной теории поля.
Симметрии квантовой теории: случай свободного заряженного скалярного поля.

Квантование интеграла по траекториям в квантовой механике и квантовой теории поля

Интегралы по траекториям и квантовая механика. Матрица плотности.
Оценка интегралов по траекториям в квантовой механике
Квантование интеграла по траекториям скалярной теории поля. Представления Шредингера, Гейзенберга и взаимодействия. Оператор эволюции и S-матрица.
Пропагаторы и интегралы по путям. Пропагатор для релятивистского реального и Комплексные скалярные поля. Путь-интеграл представление S-матрицы и функций Грина. Воображаемое время. Минковски пространство и евклидово пространство и конечная температура; опечатка

Нерелятивистская теория поля

Обзор вторичного квантования для систем многих частиц. Системы многих тел как теория поля. Нерелятивистские фермионы при нулевой температуре: земля состояние, спектр низколежащих возбуждений.
Пропагатор для Нерелятивистский ферми-газ. Дырки, частицы и аналитические свойства пропагандиста.

Квантование теории Дирака

Квантование теории Дирака: основное состояние, спектр, квантовые числа возбуждений, причинность и спиновая статистика теорема.
Пропагатор для теории поля Дирака.

Когерентные интегралы пути состояния

Когерентное интегральное квантование по путям бозонных и фермионных систем.
Контурные интегралы для спина.
Переменные Грассмана. Интегральное квантование по траекториям теории Дирака.
Фермионные и бозонные определители. Регуляризация дзета-функции.

Квантование калибровочных теорий

интегральное квантование абелевой калибровочной теории Максвелла; квантование и фиксация калибровки. Пропагатор свободного электромагнитного поля. Оператор петли Вильсона. Квантование интеграла по траекториям неабелевых калибровочных теорий Янга-Миллса. Калибровочная фиксация, ковариантные калибровки и конструкция Фаддеева-Попова. Призраки. БРСТ-инвариантность.

Физические наблюдаемые и распространители .

Пропагатор в нерелятивистской квантовой механике: отсталые, продвинутые и фейнмановские пропагандисты. Функции Грина в классической электродинамике.
Пропагаторы, товары с временным заказом и зеленый Функции в квантовой теории поля. Элементы S-матрицы и функции Грина. Аналитический характеристики. Представительство Лемана.