урок физики в 9 классе по теме «Тест по теме «Электромагнитное поле»» | Тест по физике (9 класс) на тему:

Тема: Тест  по теме «Электромагнитное поле»

Цель урока:

Обучающая: Систематизация и обобщение знаний учащихся по теме «Электромагнитное поле».

Развивающая: Развивать мышление учащихся посредством анализа сравнения, обобщение изучаемого материала.

Воспитывающая: Формирование умения работать самостоятельно, и в группах, акционировать внимание на единстве и взаимосвязи явлений природы, развитие коммуникативных умений.

Ход урока

1. Организационный момент.

Сообщается тема урока, цели. Учащиеся должны будут сами себя оценивать и результаты заносить в таблицу.

Класс	Ф.И.	Устный ответ	Задача 1	Задача 2	Тестовая работа	Итоговая оценка
9

Урок начинается с рассказа Толстого Л. Н. «Магнит».

В старину был пастух, звали его Магнус.

Пропала у Магнуса овца. Он пошёл в горы искать.

Пришёл на одно место, где одни голые камни… и чувствует,

Что сапоги его на нем прилипают к этим камням.

Он потрогал рукой — камни сухие и к рукам не липнут.

Пошёл опять — опять сапоги прилипают.

Трогает кожей и подошвой — не прилипают, а как тронет гвоздями, так прилипают.

Магнус рассмотрел камень, — видит, что похож на желую и принес куски камня домой.

С тех пор узнали этот камень и прозвали его магнитом.

2. Фронтальный опрос.

1. Где встречаются залежи магнитного железняка?
2. Какие тела называют магнитами?

Затем показываю взаимодействие магнитов

(одноименные отталкиваются, разноименные притягиваются).

Стихотворение Бунина И. А.

Но откуда б, в ветре и тумане,
Ни швыряло пеной через борт,
Верю — он опять поймает Нору,
Крепко сплю, мотаясь на диване.
Не собьет с пути меня никто,
Некий Норд моей душою правит,
Он меня в скитаньях не оставит,
Он мне скажет, если что: не то!

Вопрос. — о каком приборе идёт речь, что является основной частью компаса?

Вопрос. Магнитное поле существует только вокруг постоянных магнитов?

Вопрос. Кто впервые обнаружил наличие магнитного поля вокруг проводника с током. Демонстрация опыта Эрстеда.

Вопрос. В чём отличие однородного магнитного поля от неоднородного?

Вопрос. Что же представляет собой магнитное поле?

Вопрос. Какой величиной характеризуют магнитное поле?

Вопрос. Как рассчитать эту величину. Единица этой величины?

3. Решение задач

Задача №1. Заряженная частица — электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 2 Тл. В вакууме со скоростью 100000 м/с перпендикулярно линиям магнитной индукции.

Вычислить силу, действующую на электрон.

Задача №2. В однородном магнитном поле индукция которого равна 0,5 Тл, движется равномерно проводник длиной 10 см. По проводнику течёт ток в 2А. Скорость движения проводника 20см/с и направление перпендикулярно к направлению магнитного поля. Найти работу перемещения проводника за 10с движения.

Демонстрация. Явление электромагнитной индукции.

Вопрос. Какое явление мы наблюдаем?

1. Как вы думаете, использует ли человек на практике электромагнитные волны?

2. Кто впервые использовал электромагнитную волну?

На практике — Попов А.С.

«Я горд тем, что родился русским. И, если не современники, то может быть потомки наши поймут, сколь велика моя преданность Родине и как счастлив я, что не за рубежом, а в России открыто новое средство связи.

3. Рассказ о международном сигнале «SOS».

«Сегодняшние морские дороги по интенсивности движения сравнимы с улицами большого города, и здесь возможны всякие происшествия. При несчастных случаях в эфир посылается сигнал, состоящий из трёх точек, трёх тире, трёх точек, передаваемых слитно, без пауз — этот сигнал был утверждён в 1906 году в Берлине на второй международной радиотелеграфной конференции, но окончательно он вошёл в жизнь в 1912 г. После трагедии с кораблём «Титаник», которая произошла от столкновения с айсбергом.

В наше время одновременно в плавании находятся тысячи судов, все они днём и ночью ведут переговоры между собой и с береговыми станциями. Чтобы в этом оживленном «радиообмене» можно было услышать сигнал «SOS» (спасите наши души) для всего мирового водного пространства установлены минуты молчания. Каждый час с 15-й до 18-й и с 45-ой до 48-ой минуты все судовые и береговые радиостанции прекращают передачу, умолкая даже на полуслове, и переходят на приём.

48 раз в сутки наступают три минуты молчания для того, чтобы не пропустить сигнала бедствия.

Решение задач:

На какой частоте суда передают сигналы бедствия, если по международному соглашению длина радиоволны должна быть 600 м?

4. Тестирование

Тест. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны.

Вариант 1

Часть 1

1. Для существования электрического тока в проводнике необходимо наличие

1. свободных частиц
2. свободных заряженных частиц
3. электрического поля
4. свободных заряженных частиц и электрического поля

2. Индукционный ток в проводнике возникает

1. при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводник
2. при наличии свободных заряженных частиц в проводнике
3. при наличии магнитного поля
4. при наличии заряженных частиц в проводнике

3. Источником электромагнитного поля служит

1. неподвижный заряд
2. движущийся заряд
3. ускоренно движущийся электрический заряд
4. постоянный магнит

4. Переменное электрическое поле является вихревым, так как силовые линии

1. у этого поля отсутствуют
2. начинаются на положительных зарядах
3. начинаются на отрицательных зарядах
4. замкнуты

5. Электромагнитное поле распространяется в пространстве в виде

1. продольной электромагнитной волны
2. поперечной электромагнитной волны
3. потока заряженных частиц
4. механических волн

6. В электромагнитной волне совершают колебания

1. частицы среды
2. вектор напряженности электрического тока
3. векторы напряженности и магнитной индукции
4. вектор магнитной индукции

7. Длина электромагнитной волны находится по формуле

1. λ = cT 2) λ = 

3) λ = cν 4) λ = 

8. Какие из волн не являются электромагнитными?

1. радиоволны
2. звуковые волны
3. световые волны
4. рентгеновские лучи

Часть 2

9. Установите соответствие между научным открытием или гипотезой и фамилией ученого.

Научное открытие Фамилия ученого

А) электромагнитная индукция 1) Попов

Б) электромагнитная волна 2) Фарадей

3) Герц

4) Максвелл

Часть 3

10. На какой частоте работает радиостанция, передающая информацию на волне длиной 250 м? Скорость радиоволны 300 000 км/ с.

Вариант 2

Часть 1

1. Вокруг проводника с током можно обнаружить

1. только электрическое поле
2. только магнитное поле
3. электрическое и магнитное поле
4. гравитационное поле

2. Электромагнитное поле образуют

1. электрическое и магнитное поля, существующие в данной области пространства
2. постоянные магниты
3. переменные электрическое и магнитное поля, порождающие друг друга
4. неподвижные заряды

3. Электромагнитное поле можно обнаружить около

1. неподвижного заряда
2. неподвижного магнита
3. движущегося с постоянной скоростью заряда
4. ускоренно движущегося электрического заряда

4. Переменное магнитное поле является вихревым, так как

1. у него нет силовых линий
2. силовые линии горизонтальны
3. силовые линии не замкнуты
4. силовые линии замкнуты

5. В вакууме электромагнитное поле распространяется в виде электромагнитной волны, скорость которой

1. уменьшается с течением времени
2. увеличивается со временем
3. постоянна и равна 3 000 000 м/ с
4. постоянна и равна 300 км/ с

6. Колебания векторов напряженности электрического поля и магнитной индукции происходят в плоскостях, которые

1. параллельны направлению распространения волны
2. перпендикулярны направлению распространения волны
3. не связаны с направлением распространения волны
4. постоянно меняют свою ориентацию по отношению к направлению распространения

волны

7. Длина электромагнитной волны находится по формуле

1. λ =     2) λ = 

3) λ = cν   4) λ = 

8. К электромагнитным волнам относится

1. звуковая волна
2. радиоволна
3. взрывная волна
4. ультразвуковая волна

Часть 2

9. Установите соответствие между фамилиями ученых и их вкладами в развитие науки

Фамилия ученого Вклад в науку

А) Фарадей 1) Обнаружил на опыте электромагнитную волну

Б) Максвелл 2) Ввел представление об электрическом и магнитном поле

В) Герц 3) Создал теорию электромагнитного поля

Часть 3

10. Какая длина волны соответствует сигналу SOS, если его частота 5 ∙ 105 Гц? Скорость радиоволны 300 000 км/ с.

Критерии оценивания. Каждое верно выполненное задание первой части оценивается в 1 балл, задание на соответствие – в 2 балла при правильном установлении всех соответствий и в 1 балл, если допущена одна ошибка; расчетная задача – в 2 балла.

Время на выполнение теста10 – 15 минут.

Рекомендуемые оценки за выполнение тестов:

12 – 11 баллов – оценка «отлично»,

       10 – 8 баллов – оценка «хорошо»,

7 – 6 баллов – «удовлетворительно»,

5 баллов и меньше баллов – «неудовлетворительно»

Итоги урока 

Достигли ли Вы цели урока? Оцените свою работу на уроке.(таблица)

Домашнее задание (разноуровневое).

д/з	В	I	L	F	Указания
I	?	5А	1,6м	2Н	Решить задачу
II	25Тл	3А	1,6м	?	Решить задачу
III	250мТл	?	160см	2Н	Составить текст задачи и решить её

кому сегодня не прожить без физики и как ее изучают в ЛЭТИ

На вопросы о том, где сегодня востребованы знания по физике, как изучают физику в ЛЭТИ и где можно погрузиться в физику с головой, отвечает заведующий кафедрой физики СПбГЭТУ «ЛЭТИ», доктор технических наук, профессор Александр Сергеевич Чирцов.

12.05.2020 8050

Физику в ЛЭТИ преподают и изучают с первого дня существования Первого электротехнического: учебный план Технического училища почтово-телеграфного ведомства с момента его открытия в 1886 года уже включал предмет «физика». Кафедра физики является старейшей кафедрой университета. В 1901 году на должность ординарного профессора физики в ЭТИ был приглашен А.С. Попов – он преподавал в 1901-1906 годах и вел интенсивную научную деятельность. Сегодня физику изучают на всех факультетах университета, за исключением гуманитарного. Физика входит в число вступительных испытаний на 11 из 23 направлений подготовки бакалавриата и специальностей. На наши вопросы ответил заведующий кафедрой физики, доктор технических наук, профессор

Александр Сергеевич Чирцов.

– Уважаемый Александр Сергеевич, разговор о физике мы начнем с… математики. «Математику уже затем учить надо, что она ум в порядок приводит», – утверждал в свое время Ломоносов. А зачем, по-Вашему, нужно учить физику? Насколько знание физики востребовано в наше время и кому без нее точно не прожить – сегодня и в будущем?

– Первое, что приходит голову в качестве ответа на этот вопрос, это утверждение о том, что физика является главной областью приложения математики, которую, как убедил всех Михаил Васильевич (Ломоносов), учить надо. Кроме физики, настоящая математика по-настоящему нужна еще самой математике (которая сама по себе прекрасна и самодостаточна), но на этом, пожалуй, область ее востребованности в полной мере и заканчивается. Остальные применения ближе к арифметике, чем к математике. Математика и физика очень близки и сильно переплетены друг с другом. Но между ними есть и принципиальное различие. Математика подобна игре: «Прими утверждения, которые я придумал, а я строго выведу из них такое, о чем ты даже не подозревал». Таким образом, математика опирается на выдумки человека, нередко весьма изощренные выдумки, но… всего лишь на выдумки всего лишь человека или человечества – не важно.

Физика занимается другой задачей – попытаться понять, а если не получается или не получится – хотя бы смоделировать наш окружающий мир, который настолько изощрен и нетривиален, что до сих пор человечеству удалось разобраться (и то далеко не до конца) в его лишь самых простых проявлениях.

Зачем нужны попытки разобраться в окружающем мире? Ну, первое (для меня это, пожалуй, самое главное) – это фантастически ИНТЕРЕСНО и ЭЛЕГАНТНО. Мне очень нравится это второе слово в качестве характеристики современной картины мира. Второе – это ПОЛЕЗНО, ибо физика и построенные на ее фундаменте другие естественные науки позволяют с хорошей достоверностью предсказывать будущее (правда, пока только для достаточно простых систем нашего мира, но прогресс науки уверенно движется в сторону усложнения поддающихся анализу систем и объектов). Сегодня в предсказаниях будущего точные науки вне конкуренции: попробуйте спросить у самой преуспевающей гадалки, на каком расстоянии от вас упадет камень, брошенный под заданным углом к горизонту со склона горы с заданным наклоном с учетом эффектов трения о воздух и вращения Земли.

Боюсь, что ее прогноз не окажется конкурентоспособным по сравнению с физическим. Ну и, наконец, существование физики УДОБНО. Удобно, ибо она подарила человечеству (помимо атомной и водородной бомб) множество весьма полезных «мелочей», без которых выжить, конечно, можно, но на такое выживание согласится далеко не каждый…

Вы спрашиваете, кто точно не смог бы прожить без физики? Прежде всего, НЕФИЗИКИ. Физики – они живучи, изобретательны и имеют представление о том, как устроены «приятные мелочи», созданные на базе физики. И в случае чего, самые необходимые из этих «мелочей» физик-то сможет воспроизвести или хотя бы попытаться. А вот что будет в подобной ситуации с НЕФИЗИКАМИ? – Да пофантазируйте сами после того, как я кратко перечислю эти «мелочи»: электричество, транспорт (особенно воздушный и скоростной наземный), связь, энергетика, обогревание/охлаждение, электроника (особенно микроэлектроника), телекоммуникации, IT-технологии… Достаточно? Если бы те наши современники, кто пытается громко заявлять о том, что лично им физика абсолютно не нужна, были людьми честными и приличными, они бы отказались от использования всего того, что создано на базе физических знаний.

Результат бы не заставил себя долго ждать – через 2-3 месяца подобные заявления полностью бы исчезли по причине исчезновения заявителей…

– На каких факультетах и каких направлениях подготовки в ЛЭТИ изучают физику? Как строится вузовский курс? Отличается ли он от того, что изучали в ЛЭТИ будущие инженеры в прошлом веке?

– Сегодня в ЛЭТИ физика изучается студентами факультетов ФРТ, ФЭЛ, ФЭА, ФКТИ, ФИБС, на ФЭМ физика читается в рамках курса «Концепции современного естествознания». Безусловным лидером по востребованности физики в ЛЭТИ является факультет электроники. Это является следствием и его специализации, и менталитета научно-педагогического коллектива факультета. Именно на его базе кафедра физики успешно осуществляет проект по предоставлению наиболее подготовленным и мотивированным студентам возможности изучения курса физико-математических дисциплин в объеме, приближенном к программам физико-математических факультетов ведущих классических университетов России.

К сожалению, число часов, отводимых на изучение физики и других дисциплин, соответствующих точным наукам, в последние годы сокращается в рамках общей образовательной политики постперестроечного периода. Частично это происходит за счет выделения большего количества часов на самостоятельные занятия обучаемых. Именно эти часы мы и предлагаем наиболее мотивированным и подготовленным студентам провести не в одиночку, а вместе с наиболее квалифицированными и успешными в науке преподавателями. КПД от такой    «самоподготовки» оказывается весьма высоким. Право выбора формы «самостоятельных занятий», естественно остается за студентом: он может потратить освобожденное для него время на интенсивное изучение физики, может самостоятельно заняться собственным проектом создания очередного вечного двигателя, а может – просто хорошо провести время на футбольном поле или на волейбольной площадке. Слава Богу, теперь конкурентоспособность каждого выпускника на трудовом рынке – это прежде всего его личная проблема.

Хотя нам, и преподавателям, и руководству университета, конечно же, далеко не безразлична дальнейшая судьба выпускников. Но для самих учащихся эта проблема, я уверен, должна быть определяюще-значимой в первую очередь.

Вы спрашиваете, отличается ли обучение в ЛЭТИ будущих инженеров сегодня от обучения в прошлом веке. За последние тридцать лет отличия безусловно возникли и связаны с серьезной компьютеризацией практически всех сторон нашей жизни, включая и естественнонаучное образование. Только, на мой взгляд, компьютеризация в обучении точным наукам пока идет не совсем в правильном направлении: все увлекаются созданием электронных журналов, ведомостей для оценок, виртуальными зачетными книжками. Это все, конечно, достаточно позитивно, но лишь в том случае, когда экономит время, а не отнимает его от основного дела – обучения. Меня вот что теперь настораживает: сегодняшние студенты почему-то по-прежнему при изучении физики испытывают заметные трудности в использовании математики – например, при вычислении интегралов.

Несмотря на то, что теперь практически любой интеграл (даже принципиально «не берущийся») легко берется простым нажатием нескольких кнопок на персональном компьютере…

Что касается сопоставления современного обучения точным наукам с «прошлым в квадрате» XIX веком, то мне хочется упомянуть один документ того времени, принятый нашим вузом в те далекие времена. Речь идет о требованиях к выставлению оценки «отлично». Студент мог получить такую оценку лишь в случае представления им результатов самостоятельного оригинального исследования по теме соответствующего курса при дополнительном условии его полных и исчерпывающих ответов на все задаваемые ему вопросы, включая КАВЕРЗНЫЕ. Если такой документ когда-то реально существовал и, главное, исполнялся на практике, сегодняшнее возобновление его действия было бы весьма полезно – как минимум, для студентов, выбравших для своего обучения усиленный поток.

– В «гранит» вузовской физики «вгрызаются» первокурсники. Легко ли вчерашние школьники справляются с вузовской программой? Как Вы оцениваете уровень подготовки по физике в современной школе?

– Этот вопрос не имеет однозначного ответа. Все зависит от того, какие имеются в виду школьники и из каких они пришли школ. Выпускники ряда школ (прежде всего, физико-математических, но нередко и «обычных», если они попали в руки учителей, которые «чего-то хотят», и при этом не сильно сопротивлялись «хотениям» последних), приходят на первый курс с навыками вычисления интегралов, решения простых дифференциальных уравнений, начальными представлениями о теории относительности и квантовой механики. А среди их новых товарищей и коллег на первом курсе оказываются и те, кто испытывает трудности с решением квадратных уравнений и формулировками понятий классической механики Ньютона. Понятно, что перед этими группами студентов и их преподавателями стоят совершенно разные задачи. Кому-то (догадайтесь, кому) необходимо начать с восполнения пробелов образования на предшествующем уровне, догнать лидеров и стать к моменту завершения обучения полноправными обладателями дипломов, свидетельствующих об их высокой профессиональной квалификации. А другим надо… остаться недосягаемыми для их товарищей-конкурентов (рынок, господа, рынок!) и оказаться после окончания лидерами на российском, а еще лучше – международном уровне. Каждый должен иметь возможность получить от обучения столько, сколько он пожелает и сможет взять, но, разумеется, не ниже уровня, устанавливаемого государственным стандартом.

Именно по этой причине я ставлю сегодня перед кафедрой физики задачу реализации МАССОВОГО ИНДИВИДУАЛИЗИРОВАННОГО ОБРАЗОВАНИЯ, обеспечивающего каждому обучаемому возможность приобретения знаний и компетенций в том объеме, который он может и хочет получить. Отсюда вытекает необходимость создания учебных потоков с различной интенсивностью и глубиной обучения и использования дополнительных гибких электронных образовательных ресурсов, допускающих их самоадаптацию под запросы потенциальных потребителей таких ресурсов. Уверен, что такой подход открывает широкие возможности преподавателям для научно-педагогического творчества, а модным сегодня технологиям машинного самообучения и искусственного интеллекта – достойное поле для их приложений и развития.

Задан вопрос об оценке уровня подготовки по физике в современной школе. Тут я не решусь давать категорических ответов. В разных школах он разный, более того, среди выпускников одного учебного заведения этот уровень может различаться в разы (при его представлении в логарифмическом масштабе). Меня настораживает только одно. Несколько лет назад я записал триаду («Кинематика», «Классическая динамика материальной точки», «Основы небесной механики») удаленных курсов для школьников, желающих закрепить свои знания в изучаемой ими ньютоновской механике. В этих курсах я практически ничего от себя не выдумывал, а лишь повторил то, что знал вместе со своими одноклассниками к моменту окончания питерской физ-мат школы №38. Меня поразила оценка этого курса, данная ректором одного из далеко не последних наших университетов (по понятным причинам не буду уточнять какого): «Такой курс сможет освоить далеко не каждый наш профессор или доктор наук»). Не хочу ничего комментировать. Кому интересно – зайдите на образовательную видеотеку «Лекториум», посмотрите курсы и самостоятельно делайте свои выводы.

– Какие возможности предоставляет вуз для студентов «обычных» и одаренных? «Гибкая образовательная траектория» – это уже реальность или только перспектива? Какие инструменты и педагогические технологии используются?

– Я не верю ни в «гениев», ни в «посредственностей». Не бывает людей ни «обычных», ни «одаренных». Есть люди трудолюбивые и не очень. Есть студенты, мотивированные на получение качественного образования, а есть – с очень широким кругом мотиваций, таким широким, что на каждый сегмент мотивационного круга физически не хватает входящих в сутки 24 часов. Последних можно пытаться привести к сужению круга потребляющих время интересов, заинтересовав их физикой и/или математикой. НО не более того – человек должен сам выбирать, во что ему следует погружаться с головой или вообще никуда не погружаться, а продолжать барахтаться на поверхности.

Для не заинтересовавшихся любителей плавать на поверхности должно быть одно требование к глубине погружения – государственный стандарт. Он должен быть выполнен любым выпускником, получающим диплом. Для тех, у кого с этим возникают реальные проблемы, должен существовать «базовый поток», на котором ставится задача-минимум – обязательное достижение уровня государственного стандарта или… отчисление. А как иначе? Если кто-то оказался на базовом потоке вопреки наличию у него мотивации к серьезной учебе из-за пробелов на уровне довузовской подготовки – у него есть шанс, не подвергаясь «репрессиям», догнать слушателей традиционного потока и подняться на ступень выше.

Традиционный поток (наиболее многочисленный, в который студенты попадают «по умолчанию») соответствует сложившимся традициям университета, среднему уровню начальной подготовки, потребностям работодателей.

Двумя образовательными потоками можно было бы ограничиться, но… Но в каждом уважающем себя университете или просто вузе всегда имеются две не слишком многочисленные группы (студентов и преподавателей), которые все время хотят чего-то большего. Не ради красного диплома, не ради прибавки к зарплате. Просто ради интереса к жизни и, может быть, ради позиционирования себя в своих же глазах и по своим критериям. Таких не очень много с обеих сторон (и обучаемых, и обучающих). Такие бывают не совсем удобны для их «однокашников» и коллег по работе. Но иногда (совершенно неожиданно и не гарантированно) случается так, что кто-то из этих двух групп становится ЛИЦОМ университета на долгие годы. Именно по такому пути развивалась и развивается наука и наукоемкие технологии. Так вот третий (усиленный, углубленный – не важно, как его называть) поток, пока существующий не совсем официально на базе ФЭЛ, но уже сейчас посещаемый студентами и с других факультетов, обеспечивает возможность совместной учебной работы студентов и преподавателей, которые хотят и могут большего. Пусть они встретят друг друга и будут по возможности счастливы.

– Сегодня все обучающиеся и преподаватели оказались в непростой ситуации исключительно дистанционного обучения. Физика онлайн – это возможно? Каковы, на Ваш взгляд, преимущества и недостатки преподавания и изучения физики «по удаленке»?

– Я, как физик, не вижу больших различий между очной и on-line формами обучения. Ибо любая очная форма по сути – это on-line. Посудите сами: когда читается «ОЧНАЯ» лекция, что видят студенты? Лектора? – Не совсем! Они видят вторичные электромагнитные поля (или фотоны – не важно, как это называть), рассеянные его телом и одеждой. Что они слышат – акустические волны, генерируемые в атмосфере голосовой системой. И все! Вкусовые, обонятельные и осязательные канали передачи информации в обучении, слава Богу, широко не используются. Что изменится, если в качестве источника световых и акустических полей использовать не лектора, а какие-либо технические устройства? Н И Ч Е Г О. Ничего, но лишь при условии качественной работы устройств, генерирующих эти поля и при наличии устойчивого, легко доступного, достаточно широкого и высокоскоростного двустороннего канала обмена информацией между обучаемым и обучающим. Пока эти телекоммуникационные каналы сильно уступают тем, что бесплатно предоставляет нам Природа в случае «очного» обучения. Но я почти уверен: этот проигрыш используемых в «удаленке» каналов Природе носит чисто количественный, а не принципиальный характер и требует решения не безумно большого числа технических и финансовых проблем.

С другой стороны, правильно организованная «удаленка» может оказаться очень удобной «штукой». Когда-то давно студенты меня спрашивали о возможности прокладки волоконной линии связи в общежития, чтобы слушать лекции, не вставая с кровати. Моя мечта более амбициозна. В Альпах все лица после 75 лет (независимо от гражданства) могут неограниченно и бесплатно использовать все горнолыжные подъемники. Я почти уверен, что к тому времени, когда я получу это право, технологии генерации изображения и звука вместе с доступными для удаленного обучения каналами разовьются до такого уровня, что…

– Последний вопрос – конечно, про любовь. Почему студенты ЛЭТИ любят (или не любят) физику? И что в преподавательской деятельности больше всего любите Вы?

– Любовь – это дело очень субъективное, почти интимное. Легче говорить про себя: я люблю учить тех, кто хочет и может учиться.

Говорить же за других – дело абсолютно неблагодарное. Я лучше процитирую мнение одной из моих весьма успешных учеников – Марии Чернышевой, ставшей лауреатом конкурса на самую успешную в науке «мадемуазель Франции». На мой вопрос, почему она выбрала физику, несмотря на то, что ее родители были математиками и готовили ей карьеру в гуманитарной области, Мария, со свойственной ей скромностью, ответила примерно так: «Я не скажу, что физика – это то, что мне очень нравится, но я почти уверена, что это единственное занятие, которое меня достойно».

– «Что-то физики в почете. Что-то лирики в загоне. Дело не в сухом расчете, дело в мировом законе…», — писал поэт. Физика в ЛЭТИ отмечена особым «знаком качества» – Нобелевской премией в области физики выпускника ЛЭТИ 1952 года Жореса Ивановича Алферова. Желаем, чтобы кто-нибудь из сегодняшних и будущих лэтишников обязательно одержал победы, достойные этой. Благодарим Вас за интересную беседу.

---

Из чего состоят квантовые поля?

спросил 1 год, 5 месяцев назад

Изменено 1 год, 5 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

$\begingroup$

Если квантовые поля являются математическими объектами, созданными для объяснения природы, то то, что они объясняют, определенно является чем-то физическим и из чего-то состоит. Так почему же не может быть ответа на вопрос, из чего состоят эти математические квантовые поля?

Я имею в виду, что если физики их составляют, то у них определенно есть определенные критерии того, из чего состоят эти математические поля, не так ли?

• квантовая теория поля

$\endgroup$

3

$\begingroup$

«Книга природы написана в математике», — сказал Галилей. Трудно петь песню о книге, которую нельзя прочитать; вот песня.

Квантовые поля состоят из бесконечного множества квантовых осцилляторов. Эти осцилляторы — повсюду маленькие гаджеты, которые извергают и потребляют квантов , строительных блоков нашего мира (ноты/тоны песни?).

Их понимание существует почти столетие (Джордан), но до сих пор трудно понять интуитивно: вот почему требуются годы обучения физике, чтобы обращаться с ними вслепую. Эти кванты — фотоны, материальные частицы, гравитоны и тому подобное.

Они более физические и могут давать более точные ответы, чем инженерные и любые другие физические теории. На самом деле, большая часть интуитивных представлений инженера/дилетанта о физическом мире представляет собой сложное эмпирическое, но ошибочное обобщение квантовых полей, и настоящая проблема заключается в том, как это возникает из более реальных квантовых полей. То, что вы/мы видим в свое время, является всего лишь искаженным изображением/блефом их коллективов, но вы/мы избалованы с самого рождения, чтобы предположить, что это более реально. Как сказал Стив Вайнберг, покойный (просто) супергерой понимания таких квантовых полей: «Вселенная — огромный прямой продукт представлений групп симметрии». Эти представления и есть квантовые поля».0005

В принципе, они лежат в основе всего, но выяснить, как из них возникает наш макроскопический мир коттивампус, «появление», иногда бывает непросто, а редко нет. Но вряд ли есть им заслуживающие доверия, полные, эффективные, логичные альтернативы.

Эта песня лучше.

$\endgroup$

10

$\begingroup$

Я собираюсь занять совсем другую позицию, чем удивительный ответ Космаса Захоса. Это не означает, что я думаю, что ответ неверен, но скорее я считаю, что есть несколько совершенно разных ответов на этот вопрос, потому что на самом деле это не физика вопрос, а философия вопрос. Следовательно, я предлагаю дополнительную точку зрения.

Моя точка зрения: мы не только не знаем, из чего состоят квантовые поля, но мы даже не знаем, существуют ли они (что бы ни значило «существующее»), и нам все равно. Задача физики не в том, чтобы описать, как Вселенная на самом деле является , а скорее в том, чтобы сказать , на что она похожа на .

Выберите, например, ньютоновскую гравитацию. Он говорит вам, что существует классическое поле, пронизывающее пространство-время, которое мы называем гравитационным полем, которое создает силу между любыми двумя телами, которая действует как произведение их масс, деленное на квадрат их расстояния. Так ли уж устроена Вселенная? Не обязательно, но для широкого круга явлений это в значительной степени работает, как если бы это была вся картина. Вы можете долгое время ничего не знать об общей теории относительности (ОТО). В качестве альтернативы вы также можете сформулировать ньютоновскую гравитацию геометрически, как мы получаем ее из ОТО в пределе слабого поля, а затем сделать вывод, что силы нет, а вместо этого пространство-время искривлено, а гравитация — это именно то, что нужно.

Что является истинной природой Вселенной? Можно спорить об искривленном пространстве-времени из-за ОТО, а затем другой может начать спорить о том, какова природа той или иной теории, лежащей ниже ОТО, или об альтернативных формулировках гравитации. Какой из них правильный? Нет никакого способа узнать, и, хотя это увлекательная задача, это не проблема физики.

Квантовые поля — почти то же самое. Мы не наблюдаем поля напрямую. То, что мы можем измерить, — это такие величины, как сечения или скорость затухания, которые являются числами, которые говорят нам о свойствах того, как «частицы» рассеиваются друг от друга или как быстро они распадаются (кавычки взяты потому, что мы интерпретируем возбуждения поля как частицы, но фундаментальные количества на самом деле являются полями). Поскольку мы не измеряем фактические поля, у нас нет способа узнать, существуют ли они. Суть в том, что Вселенная работает таким образом, который невероятно хорошо согласуется с тем, что было бы, если бы поля действительно существовали. Мы не знаем, существуют ли они, но это действительно похоже на то, если бы они были на самом деле.

Как я уже сказал, это скорее философский вопрос, в котором я не эксперт. Позиция, которую я занимаю, ближе к так называемому антиреализму (где я скептически отношусь к тому, можем ли мы сказать, действительно ли существует что-то, что мы не измеряем), в то время как ответ Космаса Захоса ближе к реалистической точке зрения. точка зрения (которая ближе к представлению о том, что если теория использует такое понятие, оно должно каким-то образом существовать).

Эти идеи гораздо шире, чем я изложил в этом комментарии, но, как я уже сказал, я не эксперт. Стоит отметить, что мы часто меняем свое мнение, когда говорим о разных теориях: тот же физик может сказать, что ОТО подразумевает, что пространство-время на самом деле искривлено (более реалистично), в то время как отрицание волновой функции является чем-то большим, чем просто математическим удобством. (антиреалист).

Таким образом, мы не знаем, из чего они сделаны, и попытка ответить на вопрос требует философского выбора. Что мы знаем, так это то, что Вселенная ведет себя так, как если бы эти вещи существовали с гигантской точностью. Может быть, однажды мы найдем более глубокую теорию, которая заменит КТП и объяснит, из чего состоят поля, может быть, мы застрянем на ней навсегда.

$\endgroup$

4

$\begingroup$

Квантовые поля — это математические конструкции, представляющие квантовые степени свободы. В релятивистской квантовой теории поля квантовое поле может использоваться для представления неопределенного числа идентичных релятивистских частиц. Кроме того, квантовые поля позволяют нам кодировать взаимодействия, которые являются локальными.

В Стандартной модели некоторые частицы (например, электрон) являются «фундаментальными», поэтому поле, связанное с этими частицами, также является «фундаментальным», то есть они не состоят из чего-то более глубокого, о чем мы знаем.

Это не означает, что за Стандартной моделью не существует более глубокого уровня реальности, из которого возникает наш нынешний набор фундаментальных полей. Это может быть другая квантовая теория поля, или теория струн, или что-то еще. На данный момент мы не знаем, существует ли этот более глубокий уровень реальности (хотя большинство физиков считают, что за пределами Стандартной модели есть физика, по крайней мере, темная материя, возможно, темная энергия, а также квантовая гравитация).

Таким образом, предварительный ответ состоит в том, что одни квантовые поля состоят из других квантовых полей, а другие являются «фундаментальными», то есть (насколько нам известно сейчас) за ними нет более глубоких объяснений.

Однако существуют и другие математические конструкции, которые могут представлять ту же физику. Точнее: существуют рамки для вычисления амплитуд рассеяния — результаты экспериментов по релятивистскому квантовому рассеянию — где поля вообще не проявляются. Кроме того, в квантовой теории поля существует огромное вырождение, когда поля могут быть переопределены , но не изменить физику. Одним из способов сказать это является то, что поля являются фиктивными переменными в интеграле по путям, и поэтому сами поля могут быть преобразованы бесконечным числом различных способов без изменения результатов физической наблюдаемой. Так что я бы не стал придавать слишком много «реальности» понятию квантового поля, даже несмотря на то, что формализм невероятно полезен и мощен.

На мой взгляд, гораздо более интересным вопросом, чем вопрос о том, реальны ли поля или из чего они сделаны, является вопрос о том, полезны ли поля. Ответ, несомненно, да.

$\endgroup$

$\begingroup$

Я собираюсь дать немного более буквальный ответ и немного меньше истории, так как это мой вкус. То, что мы называем квантовым полем, является оператором как функцией положения и/или времени, т. е. при любых $x, t$ существует оператор $\hat{\phi}$. Как и другие операторы, этот оператор действует на элементы гильбертова пространства. В математической физике они еще более точны и формулируют поля как операторнозначные распределения. 93$, которые являются каждым оператором. Это квантовое поле.

Мы называем их полями, потому что в физике слово «поле» используется для (возможно, зависящих от времени) объектов, которые зависят от положения.

Эти математические объекты являются частью наших теорий, которые мы используем, чтобы делать прогнозы для экспериментов, подобных тем, что проводятся на Большом адронном коллайдере. Однако мы никоим образом не доказали того, что они фундаментальны для реальности — они могут быть просто частью нашей человеческой формулировки (нашего лучшего прогресса в этом) фундаментальной теории природы. Так что в каком-то смысле мы даже не знаем, существуют ли они на самом деле, не говоря уже о том, что они сделаны из того или иного материала.

$\endgroup$

Все ли состоит из частиц, полей или того и другого?

Задолго до того, как философия и физика разделились на отдельные направления деятельности, естествоиспытатели Древней Греции размышляли об основных компонентах, из которых состоит все остальное. Платон придерживался теории, согласно которой все на Земле состоит из четырех элементарных частиц. Существуют устойчивые частицы земли в форме куба, заостренные и болезненные частицы огня в форме тетраэдра, несколько менее заостренные частицы в форме октаэдра в воздухе и достаточно круглые частицы в форме икосаэдра в форме воды. Подобно частицам современной физики, Платон считал, что эти частицы могут создаваться и разрушаться. Например, восьмигранная частица воздуха может быть создана путем объединения двух четырехгранных частиц огня (как можно представить себе, когда костер гаснет).

Со времен Платона наше понимание природы значительно изменилось. Мы узнали, что большая часть нашего мира состоит из различных атомов, включенных в периодическую таблицу элементов. Мы также узнали, что сами атомы состоят из более фундаментальных частей.

Сегодня философы, заинтересованные в выяснении того, из чего все сделано, обращаются за ответами к современной физике. Но поиск ответов в физике — это не просто чтение учебников. Физики ловко переключаются между разными картинами реальности в соответствии с поставленной задачей. Учебники написаны для того, чтобы научить вас наиболее эффективно использовать математические инструменты физики, а не для того, чтобы рассказать вам, какие вещи описывают уравнения. Требуется тяжелая работа, чтобы извлечь из математики историю о том, что на самом деле происходит в природе. Такого рода исследования считаются «философией физики», когда они проводятся философами, и «основами физики», когда они проводятся физиками.

Физики разработали усовершенствование периодической таблицы, названное «стандартной моделью». В стандартной модели отсутствует что-то очень важное (гравитация), и может оказаться, что описываемые ею части состоят из еще более фундаментальных вещей (таких как вибрирующие струны). При этом стандартная модель никуда не денется. Подобно теории гравитации Исаака Ньютона или теории электродинамики Джеймса Клерка Максвелла, мы ожидаем, что стандартная модель останется важной частью физики, независимо от того, что произойдет дальше.

К сожалению, не сразу понятно, что заменяет атомы таблицы Менделеева в стандартной модели. Являются ли фундаментальные строительные блоки реальности квантовыми частицами, квантовыми полями или их комбинацией? Прежде чем заняться этим трудным вопросом, давайте рассмотрим полемику между частицами и полями в контексте классической (не квантовой) теории: теории электродинамики Максвелла.

Альберт Эйнштейн пришел к своей специальной теории относительности в 1905 году, участвуя в фундаментальных исследованиях по электродинамике. После разработки специальной теории относительности Эйнштейн вступил в спор с Вальтером Ритцем о том, как правильно сформулировать и понять классическую электродинамику. Согласно этой теории, два электрона, помещенные рядом друг с другом, разлетятся в противоположные стороны. Они оба имеют отрицательный заряд и поэтому будут отталкивать друг друга.

Ритц думал об этом как о взаимодействии непосредственно между двумя электронами — каждый толкает другого, даже если они не соприкасаются. Это взаимодействие действует через промежуток в пространстве, разделяющий два электрона. Он также действует через промежуток времени. Если быть точным, каждый электрон реагирует на прошлое поведение другого (а не на его текущее состояние).

Эйнштейн, который был против такого действия на расстоянии, понимал это взаимодействие иначе. Для него на сцене больше игроков, чем просто частицы. Есть и поля. Каждый электрон создает электромагнитное поле, распространяющееся по всему пространству. Электроны удаляются друг от друга не потому, что они непосредственно взаимодействуют друг с другом через зазор, а потому, что каждый из них чувствует силу поля другого.

Чувствуют ли электроны силы собственных электромагнитных полей? Любой ответ приводит к проблемам. Во-первых, предположим, что ответ положительный. Электромагнитное поле электрона становится сильнее по мере приближения к электрону. Если вы представите электрон в виде маленького шарика, каждый кусочек этого шарика будет ощущать огромную направленную наружу силу очень сильного электромагнитного поля в том месте, где он находится. Он должен взорваться. Анри Пуанкаре предположил, что могут существовать какие-то другие силы, препятствующие этому самоотталкиванию и удерживающие электрон вместе — теперь называемые «напряжениями Пуанкаре». Если представить электрон размером с точку, проблема усугубится. Поле и сила были бы бесконечны в месте нахождения электрона.

Если электрон не взаимодействует сам с собой, то как объяснить потерю энергии?

Итак, давайте вместо этого предположим, что электрон не чувствует создаваемого им поля. Проблема здесь в том, что есть свидетельства того, что электрон знает о своем поле. Заряженные частицы, такие как электроны, при ускорении производят электромагнитные волны. Это требует энергии. Действительно, мы можем наблюдать, как электроны теряют энергию, создавая эти волны. Если электроны взаимодействуют со своими собственными полями, мы можем правильно рассчитать скорость, с которой они теряют энергию, исследуя, как эти волны взаимодействуют с электроном, когда они проходят через него. Но если электроны не взаимодействуют со своими собственными полями, то непонятно, почему они вообще теряют энергию.

В предложении Ритца об отсутствии полей для всех частиц электрон не будет взаимодействовать со своим собственным полем, потому что нет такого поля, с которым он мог бы взаимодействовать. Каждый электрон чувствует силы только от других частиц. Но если электрон не взаимодействует сам с собой, то как объяснить потерю энергии? Верите ли вы, как Эйнштейн, в то, что существуют и частицы, и поля, или вы верите, как Ритц, что существуют только частицы, вы сталкиваетесь с проблемой самовоздействия .

Ритц и Эйнштейн застолбили две стороны трехстороннего спора. Есть и третий вариант: возможно, частиц нет, есть только поля. В 1844 году Майкл Фарадей исследовал этот вариант в неопубликованной рукописи и кратком опубликованном «размышлении». Можно представить себе описание физики твердых твердых тел различных форм и размеров, сталкивающихся и отскакивающих друг от друга. Однако когда две заряженные частицы (например, электроны) взаимодействуют за счет электрического притяжения или отталкивания, они на самом деле не касаются друг друга. Каждый просто реагирует на электромагнитное поле другого. Таким образом, размеры и форма частиц не имеют отношения к взаимодействию, за исключением того, что они изменяют поля, окружающие частицы. Итак, Фарадей спрашивал: «Какие же тогда реальные основания предполагать наличие такого ядра в частице материи?» То есть, почему мы должны думать, что в центре электромагнитного поля частицы есть твердое ядро? ? Говоря современным языком, Фарадей интерпретируется как предложение исключить частицы и оставить только электромагнитные поля.

8 августа на Международном конгрессе по логике, методологии и философии науки и техники 2019 года в Праге я присоединился к четырем другим философам физики для дискуссии под лаконичным названием «Частицы, поля или и то, и другое?» Матиас Фриш из Университет Лейбница в Ганновере открыл нашу сессию презентацией дискуссии между Эйнштейном и Ритцем (см. его эссе «Почему вещи происходят»). Затем оставшиеся три докладчика отстаивали противоположные взгляды — обновленные версии позиций Эйнштейна, Ритца и Фарадея.

Наш второй докладчик, Марио Хьюберт из Калифорнийского технологического института, стремился спасти эйнштейновскую картину частиц и полей точечного размера от проблемы самовоздействия. Он обсудил текущее состояние нескольких идей о том, как это можно сделать. Одна из таких идей пришла от Поля Дирака, волшебника-математика, внесшего огромный вклад в раннюю квантовую физику. Имя Дирака фигурирует в той части стандартной модели, которая описывает электроны.

В статье 1938 года Дирак сделал шаг назад от квантовой физики, чтобы изучить проблему самовоздействия в классической электродинамике. Он предложил модификацию законов электродинамики, изменив то, как поля воздействуют на частицы. Для частицы точечного размера его новое уравнение исключает любое взаимодействие частицы с ее собственным электромагнитным полем и включает новый член, имитирующий вид самодействия, которое мы на самом деле наблюдаем, — вид, который заставляет частицу терять энергию, когда это делает волны. Однако уравнение, предложенное Дираком, имеет некоторые странные особенности. Одна странность — «предварительное ускорение»: частица, которую вы собираетесь ударить с силой, может начать двигаться до того, как вы ее ударите.

В 1930-х и 1940-х годах четыре известных физика придерживались другой стратегии: Макс Борн (известный благодаря «правилу Борна», которое говорит вам, как вычислять вероятности в квантовой физике), Леопольд Инфельд (соавтор популярной книги по современная физика с Эйнштейном: Эволюция физики ), Фриц Бопп (который участвовал в немецкой программе ядерных исследований во время Второй мировой войны и после войны подписал манифест против ядерного оружия и в защиту ядерной энергии в Западной Германии) и Борис Подольский (соавтор статьи, которая побудила Эрвина Шредингера ввести термин «запутанность» и представить своего загадочного кота). Эти физики предложили способы изменения законов, определяющих, как частицы создают электромагнитные поля, чтобы поля, создаваемые точечными частицами, никогда не становились бесконечно сильными.

Когда вы меняете эти законы, вы многое меняете. Как объяснил Хьюберт в своей презентации, мы не до конца понимаем последствия этих изменений. В частности, пока неясно, смогут ли предложения Борна-Инфельда и Боппа-Подольского решить проблему самовоздействия и сделать точные предсказания движения частиц.

Вам может показаться, что все эти разговоры о классической физике увели нас очень далеко от темы. Разве мы не должны пытаться понять, что стандартная модель квантовой физики говорит нам о том, из чего все сделано?

Как и в фильме о путешествиях во времени, будущее может влиять на прошлое

Часть стандартной модели, описывающая электроны и электромагнитное поле, называется квантовой электродинамикой, так как это квантовая версия классической электродинамики. Основы двух предметов тесно связаны. Вот как Ричард Фейнман мотивирует обсуждение модификаций классической электродинамики, сделанных Дираком, Борном, Инфельдом, Боппом и Подольским, в одной из глав своих легендарных лекций в Калифорнийском технологическом институте:0005

Существуют трудности, связанные с идеями теории Максвелла, которые не решаются квантовой механикой и не связаны напрямую с ней. Вы можете сказать: «Возможно, нет смысла беспокоиться об этих трудностях. Поскольку квантовая механика собирается изменить законы электродинамики, нам следует подождать, чтобы увидеть, какие трудности возникнут после модификации». Однако, когда электромагнетизм соединяется с квантовой механикой, трудности остаются. Так что не будет пустой тратой нашего времени сейчас, чтобы посмотреть, что это за трудности.

Действительно, Фейнман считал, что эти вопросы имеют центральное значение. В лекции, которую он прочитал после получения Нобелевской премии в 1965 году за свою работу по квантовой электродинамике, он решил посвятить большую часть своего времени обсуждению классической электродинамики. В сотрудничестве со своим научным руководителем Джоном Уилером (советником ряда других важных деятелей, включая Хью Эверетта III, изобретателя многомировой интерпретации квантовой механики, и Кипа Торна, со-лауреата Нобелевской премии 2017 г. обнаружение волн), Фейнман предложил радикально переосмыслить классическую электродинамику.

Уиллер и Фейнман, как и Ритц, отказались от электромагнитного поля и оставили только частицы. Как я упоминал ранее, в бесполевой теории Ритца частицы взаимодействуют через промежутки в пространстве и времени, так что каждая частица реагирует на прошлые состояния других. В теории Уилера-Фейнмана частицы реагируют как на прошлое , так и на будущее поведение друг друга. Как в фильме о путешествиях во времени, будущее может влиять на прошлое. Это дикая идея, но, похоже, она работает. При соответствующих обстоятельствах этот пересмотр дает точные предсказания движения частиц без какого-либо истинного самодействия.

В докладе под названием «Почему теории поля — это не теории полей» третий докладчик в наших дебатах, Дастин Лазарович из Лозаннского университета, встал на сторону Ритца, Уилера и Фейнмана. В теориях действия на расстоянии, выдвинутых этими физиками, нельзя сказать, что частица будет делать в конкретный момент, просто глядя на то, что в этот момент делают другие частицы. Вам также нужно посмотреть, что они делали в прошлом (и, возможно, что они будут делать в будущем). Лазаровичи утверждал, что электромагнитное поле — это просто полезное математическое бухгалтерское устройство, которое кодирует эту информацию о прошлом и будущем, а не реальная вещь в мире.

Затем Лазарович перешел от классической к квантовой электродинамике. Как и многие другие философы физики, он считает, что стандартные формулировки квантовой электродинамики неудовлетворительны — отчасти потому, что они не дают ясной картины того, что происходит в природе. Его исследовательская программа по закреплению теории имеет ряд нестандартных элементов.

Во-первых, Лазаровичи осознает, что квантовая электродинамика страдает от проблемы квантового измерения, и считает, что мы должны принять решение, предложенное Дэвидом Бомом, постулирующее существование точечных частиц, отличных от квантовой волновой функции. Во-вторых, он хочет построить квантовую электродинамику из версии классической электродинамики без полей, где частицы взаимодействуют напрямую друг с другом (как у Уилера и Фейнмана). В-третьих, он принимает противоречивую идею Дирака о том, что пространство заполнено огромным «морем» электронов с отрицательной энергией. Это море Дирака занимало центральное место в ранних исследованиях квантовой электродинамики, но потеряло популярность в большинстве современных представлений теории.

Эти идеи хорошо сочетаются друг с другом, и Лазарович надеется, что они позволят нам избежать некоторых неприятных бесконечностей, возникающих в квантовой электродинамике. Мне любопытно посмотреть, к чему приведет этот подход. В пользу исследований, отклоняющихся от мейнстрима, Фейнман сказал (в конце своей Нобелевской лекции), что прогресса в физике вполне может добиться тот, кто изучает «квантовую электродинамику со своеобразной и необычной точки зрения; тот, который ему, возможно, придется изобрести для себя».

В своем вкладе в дискуссию я отстаивал другую точку зрения на квантовую электродинамику. Вслед за Фарадеем я утверждал, что мы должны избавиться от частиц и просто иметь поля. Однако я не думаю, что одного электромагнитного поля достаточно. Нам нужно еще одно поле: поле Дирака. Именно это поле представляет собой электрон (а также античастицу электрона, позитрон).

В классической электродинамике этот подход заменяет точечную электронную частицу рассредоточенным сгустком энергии и заряда в поле Дирака. Поскольку заряд рассредоточен, электромагнитное поле, создаваемое этим зарядом, не станет бесконечно сильным в любой точке пространства. Это делает проблему самовоздействия менее серьезной. Но это не решается. Если заряд электрона рассредоточен, то почему различные части электрона не отталкиваются друг от друга, так что электрон быстро взрывается? Это то, что я все еще пытаюсь понять.

Мы встречались с этой проблемой раньше из-за идеи, что электрон — это маленький шарик. Однако стиль этого нового предложения совершенно иной. Цель здесь не в том, чтобы изобрести модель электрона, а в том, чтобы найти ее в существующих уравнениях квантовой электродинамики.

К этой картине всех полей меня привело не изучение проблемы самовоздействия, а два других соображения. Во-первых, я нашел эту картинку полезной для понимания свойства электрона, называемого «спин». Стандартное представление о квантовой физике состоит в том, что электрон во многих отношениях ведет себя как вращающееся тело, но на самом деле не вращается. Есть вращение, но не крутится.

Если вы думаете об электронах как о поле, то вы можете думать и о фотонах так же.

Если электрон имеет размер точки, конечно, не имеет смысла думать о нем как о действительно вращающемся. Если вместо этого рассматривать электрон как очень маленький шарик, есть опасения, что он должен вращаться быстрее скорости света, чтобы объяснить особенности, которые заставили нас использовать слово «спин». Беспокойство по поводу скорости вращения, превышающей скорость света, заставило физиков, открывших вращение в 1920-м неудобно публиковать свои результаты.

Если электрон представляет собой достаточно широко разбросанный сгусток энергии и заряда в поле Дирака, то нет необходимости в движении со скоростью, превышающей скорость света. Мы можем изучить то, как движутся энергия и заряд, чтобы увидеть, текут ли они по кругу вокруг какой-то центральной оси — чтобы увидеть, вращается ли электрон. Оно делает.

Вторым соображением, которое привело меня к картине всех полей, было осознание того, что у нас нет способа трактовать фотон как частицу в квантовой электродинамике. Дирак изобрел уравнение, описывающее квантовое поведение отдельного электрона. Но у нас нет аналогичного уравнения для фотона.

Если вы думаете об электронах как о частицах, вам придется думать о фотонах по-другому — либо исключая их (история Лазаровича), либо рассматривая их как поле (история Хьюберта). С другой стороны, если вы думаете об электронах как о поле, то вы можете точно так же думать и о фотонах. Я вижу эту последовательность как достоинство картины всех полей.

В настоящее время трехсторонний спор между Эйнштейном, Ритцем и Фарадеем остается неразрешенным. Мы, безусловно, добились прогресса, но у нас нет окончательного ответа.