Понятие материя, вещество и поле в физике…
Привет, Вы узнаете про материя, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое материя, вещество, поле , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Атомная и Ядерная физика.
Мате́рия (от лат. māteria « вещество ») — одно из основных понятий физики, общий термин, определяющийся множеством всего содержимого пространства-времени и влияющий на его свойства.
Является объектом изучения физики, где рассматривается в качестве не зависящей от разума объективной реальности.
Понятие материи в разных областях физики
Определение материи расширялось с развитием различных областей науки. Раньше это были объекты, которые можно было описать классическими свойствами (масса, температура, делимость и т. п.), и в представлениях Ньютона об абсолютности пространства и времени, рассматриваемые независимо; с развитием оптики, а за ней специальной и общей теории относительности это понятие дополнилось его связями с гравитацией и волнами; а современные квантовая физика, астрофизика и физика высоких энергий установили это понятие в современном[уточнить] смысле и активно занимаются поиском новых видов материи.
Основные виды материи
- Вещество:
- Адронное вещество — его структурой является множество составных частиц: адронов.
- Барионное вещество (барионная
материя ) — вещество состоящее из барионов.
- Вещество в классическом понимании. Состоит преимущественно из фермионов. Эта форма материи доминирует в Солнечной системе и в ближайших звездных системах.
- Барионное вещество (барионная
материя ) — вещество состоящее из барионов.
- Антивещество — состоит из античастиц.
- Нейтронное вещество — состоит преимущественно из нейтронов и лишено атомного строения. Основной компонент нейтронных звезд, существенно более плотный, чем обычное вещество, но менее плотный, чем кварк-глюонная плазма.
- Другие виды веществ, имеющие атомоподобное строение (например, вещество, образованное мезоатомами с мюонами).
- Кварк-глюонная плазма — сверхплотная форма вещества, существовавшая на ранней стадии эволюции Вселенной до объединения кварков в классические элементарные частицы (до конфайнмента).
- Гипотетические докварковые сверхплотные материальные образования, составляющие которых — струны и другие объекты, c которыми оперируют теории великого объединения (см. теория струн, теория суперструн). Основные формы материи, предположительно существовавшие на ранней стадии эволюции Вселенной. Струноподобные объекты в современной физической теории претендуют на роль наиболее фундаментальных материальных образований, к которым можно свести все элементарные частицы, то есть в конечном счете, все известные формы материи. Данный уровень анализа материи, возможно, позволит объяснить с единых позиций свойства различных элементарных частиц. Принадлежность к «веществу» здесь следует понимать условно, поскольку различие между вещественной и поле вой формами материи на данном уровне стирается.
- Адронное вещество — его структурой является множество составных частиц: адронов.
Поле, в отличие от вещества, не имеет внутренних пустот, обладает абсолютной плотностью.
- Поле (в классическом смысле):
- Электромагнитное поле.
- Гравитационное поле.
- Электромагнитное поле.
- Квантовые поля различной природы. Согласно современным представлениям квантовое поле является универсальной формой материи, к которой могут быть сведены как вещества, так и классические поля, при этом существует нечеткое разделение на вещественные поля (лептонные и кварковые поля фермионной природы) и поля взаимодействий (глюонные сильные, промежуточные бозонные слабые и фотонное электромагнитное поля бозонной природы, сюда же относят пока гипотетическое поле гравитонов) . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Особняком среди них стоит поле Хиггса, которое сложно отнести однозначно к любой из этих категорий.
- Материальные объекты неясной физической природы:
- Темная материя.
- Темная энергия.
Эти объекты были введены в научный обиход для объяснения ряда астрофизических и космологических явлений.
Вещество
Вещество — одна из форм материи, состоящая из фермионов или содержащая фермионы наряду с бозонами; обладает массой покоя, в отличие от некоторых типов полей, как например электромагнитное.
Обычно (при сравнительно низких температурах и плотностях) вещество состоит из частиц, среди которых чаще всего встречаются электроны, протоны и нейтроны. Последние два образуют атомные ядра, а все вместе — атомы (атомное вещество), из которых — молекулы, кристаллы и так далее. В некоторых условиях, как например в нейтронных звездах, могут существовать достаточно необычные виды вещества.
Понятие вещества иногда используется и в философии как эквивалент латинского термина substantia.
Классическое вещество может находиться в одном из нескольких агрегатных состояний: газообразном, жидком, твердом кристаллическом, твердом аморфном или в виде жидкого кристалла. Кроме того, выделяют высокоионизованное состояние вещества (чаще газообразного, но, в широком смысле, любого агрегатного состояния), называемое плазмой. Известны также состояния вещества, называемые конденсат Бозе — Эйнштейна и кварк-глюонная плазма.
Понятие о поле
По́ле в физике — физический объект, классически описываемый математическим скалярным, векторным, тензорным, спинорным полем (или некоторой совокупностью таких математических полей), подчиняющимся динамическим уравнениям (уравнениям движения, называемым в этом случае уравнениями поля или полевыми уравнениями — обычно это дифференциальные уравнения в частных производных).
В квантовой теории поля — полевая переменная может рассматриваться формально подобно тому, как в обычной квантовой механике рассматривается пространственная координата, и полевой переменной сопоставляется квантовый оператор соответствующего названия.
Полевая парадигма, представляющая всю физическую реальность на фундаментальном уровне сводящейся к небольшому количеству взаимодействующих (квантованных) полей, является не только одной из важнейших в современной физике, но, пожалуй, безусловно главенствующей
Проще всего наглядно представить себе поле (когда речь идет, например, о фундаментальных полях, не имеющих очевидной непосредственной механической природы) как возмущение (отклонение от равновесия, движение) некоторой (гипотетической или просто воображаемой) сплошной среды, заполняющей все пространство.
Например, как деформацию упругой среды, уравнения движения которой совпадают с или близки к полевым уравнениям того более абстрактного поля, которое мы хотим наглядно себе представить. Исторически такая среда называлась эфиром, однако впоследствии термин практически полностью вышел из употребления
Физическое поле, таким образом, можно характеризовать как распределенную динамическую систему, обладающую бесконечным числом степеней свободы.
Роль полевой переменной для фундаментальных полей часто играет потенциал (скалярный, векторный, тензорный), иногда — величина, называемая напряженностью поля. (Для квантованных полей в некотором смысле обобщением классического понятия полевой переменной также является соответствующий оператор).
Также полем в физике называют физическую величину, рассматриваемую как зависящую от места: как полный набор, вообще говоря, разных значений этой величины для всех точек некоторого протяженного непрерывного тела — сплошной среды, описывающий в своей совокупности состояние или движение этого протяженного тела
- температура (вообще говоря разная в разных точках, а также и в разные моменты времени) в некоторой среде (например, в кристалле, жидкости или газе) — (скалярное) поле температуры,
- скорость всех элементов некоторого объема жидкости — векторное поле скоростей,
- векторное поле смещений и тензорное поле напряжений при деформации упругого тела.
Динамика таких полей также описывается дифференциальными уравнениями в частных производных, и исторически первыми, начиная с XVIII века, в физике рассматривались именно такие поля.
Современная концепция физического поля выросла из идеи электромагнитного поля, впервые осознанной в физически конкретном и сравнительно близком к современному виде Фарадеем, математически же последовательно реализованной Максвеллом — изначально с использованием механической модели гипотетической сплошной среды — эфира, но затем вышедшей за рамки использования механической модели.
Элементарные частицы и поля
Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц и теории, описывающие их взаимодействия. Элементарные частицы слева — фермионы, справа — бозоны. (Термины — гиперссылки на статьи ВП)
Среди элементарных частиц, составляющих вещества и поля, выделяют фермионы и бозоны, а также частицы, обладающие и не обладающие массой покоя (безмассовые частицы), могут различаться электрическим и другими зарядами. Кроме того, отдельно выделяют виртуальные частицы, которые можно рассматривать как частицы, возникающие в промежуточных состояниях взаимодействия «реальных» элементарных частиц, отличающихся тем, что они могут наблюдаться в долгоживущем состоянии в итоге эксперимента (в принципе, частицы одного и того же вида, например, фотоны или электроны, могут в одних ситуациях участвовать как виртуальные, а в других — как реальные). Отличие виртуальных частиц в том, что они рождаются и уничтожаются (поглощаются) в процессе взаимодействия и не присутствуют в эксперименте в начальном и конечном состоянии.
Материя в специальной и общей теории относительности
Материя и излучение, согласно специальной теории относительности, являются только особыми формами энергии, распределенной в пространстве; таким образом, весомая масса теряет свое особое положение и является лишь особой формой энергии.
— Альберт Эйнштейн, 1920 г.
Согласно укоренившейся терминологии материальными полями в общей теории относительности называют все поля, кроме гравитационного.
См. также
На этом все! Теперь вы знаете все про материя, Помните, что это теперь будет проще использовать на практике. Надеюсь, что теперь ты понял что такое материя, вещество, поле
и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания,
то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу.
Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории
Атомная и Ядерная физика
Что такое квантовое поле? | New-Science.ru
В физике мы регулярно говорим о полях: магнитном поле, электрическом поле, гравитационном поле… В более общем плане можно даже говорить о «квантовых полях», которые используются в квантовой физике для описания мира.
В классической физике, или ньютоновской физике, мы говорим о частицах. Протоны, электроны, все это частицы. Их можно рассматривать как маленькие шарики элементарной материи, из которых состоят все материалы, которые мы видим.
Эта модель хорошо работает на многих вещах, но и она не все объясняет. Она не объясняет, например, как частицы могут мешать друг другу.
Уже около века известно, что все частицы также имеют волновую составляющую. Мы знаем, как дифрактировать электроны, нейтроны …
Считается, что эти элементы обладают двойственностью волны-частицы, хотя это не удобная концепция для работы: если считать, что это частица, часть теории не сработает.
И наоборот, если нужно рассматривать частицу как волну, то могут быть применены только определенные уравнения.
В физике это недопустимо: уравнение должно применяться в любое время и в любом месте.
Поэтому квантовая физика ввела понятие волновых пакетов — видов волновых частиц, которые сгруппировали бы две составляющие материи под одной и той же математической моделью. Эти волновые пакеты действуют на квантовые поля.
Понятие квантовых полей
Помимо проблемы физической реальности элементарных частиц, необходимо изучить, как они взаимодействуют.
Например, две частицы массы взаимодействуют через притягивающую силу — гравитационную силу, так как считается, что везде есть гравитационное поле, которое несет информацию о массе, и заставляет две частицы двигаться навстречу друг другу, что мы называем «гравитационной притягивающей силой».
В этом контексте гравитационное поле — это поле. Но что такое поле?
Понятие поля в математике
Возьмите двух- или трехмерный ориентир что угодно.
Визуализируйте точку в этом ориентире, любую. Сопоставьте с этой точкой значение, любое. Сделайте то же самое для другого пункта, затем другого. Фактически, с каждой точкой в этой системе координат сопоставьте значение. Когда вы это сделали, у вас есть поле.
Поле представляет собой ориентир, к которому привязано значение для каждой точки.
Например: возьмите комнату, в которой вы находитесь, затем поместите начало координат (0; 0; 0) в один из углов. Теперь у каждого места в комнате есть координаты. Наконец, для каждого места в комнате укажите температуру в этой точке. Затем мы получаем карту температуры в вашей комнате: математически эта карта представляет собой поле: поле температуры.
К одной и той же точке могут быть привязаны несколько значений. В нашем примере, помимо температуры, можно связать атмосферное давление, влажность, чистоту воздуха, скорость выбросов CO2 и т.д. Тогда у нас есть ориентир с множеством полей.
У нас также может быть векторное поле, что позволяет связать вектор с любой точкой в пространстве.
Например, если мы свяжем скорость ветра в этой точке с каждой точкой в пространстве, мы получим векторное поле.
Эти различные поля могут быть связаны: таким образом, вектор скорости или даже влажность в точке будут зависеть от давления и температуры воздуха в окружающих точках.
Эта работа является то, что делается в метеорологии: с помощью физических показаний (температура, давление, относительная влажность) можно определить, будет ли ветер, в каком направлении, или предсказать изменения относительной влажности, дождя, короче говоря, прогноз погоды в ближайшие часы или дни.
Реальная погода в том или ином месте может быть разбита на несколько параметров, смоделированных по полям: ветер, температура, давление, влажность и т. д.Мы также можем ассоциировать тензоры с каждой точкой (более общий объект, чем скаляры и векторы).
Таким образом, поле — это что-то вроде карты значений (скаляров, векторов, тензоров…) в системе координат. Таким образом, каждая контрольная точка имеет определенное значение.
Измеряя разные поля для разных величин, мы можем моделировать более сложные явления.
Использование полей в физике
Возьмите температурное поле в помещении: теперь вы знаете, что оно означает: вы видите цифры — температуру — связанные с каждой точкой в помещении.
Теперь, если вы зажжете свечу в одном месте, температура будет очень высокой там, где находится пламя. Это будет учтено в температурном поле со значительно более высокими значениями температуры в координатах, где находится пламя свечи.
И наоборот, если вы посмотрите на температурную карту комнаты и увидите, что в определенном месте температура значительно повышается, вы можете сделать вывод, что кто-то зажег там свечу.
Точно так же, если вы видите, что эта температурная «аномалия» меняет координаты со временем, вы можете сделать вывод, что кто-то перемещает свечу по комнате.
Если эта температурная аномалия внезапно исчезает, значит, свеча погасла.
Это очень простой пример для изучения поля в соответствии с физическим параметром.
Вместо температуры мы можем взять значение электрического заряда в этом месте. Если мы поместим себя в абсолютный вакуум, мы заметим, что электрическое поле и магнитное поле равны нулю во всех точках. Если мы сейчас отправим фотон через вакуум, мы заметим возмущение, которое распространяется в электрическом и магнитном полях. Это возмущение соответствует фотону, пересекающему вакуум.
Концепция квантовых полей в квантовой физике
Выше, в нашем примере вакуума, через который проходит фотон, мы рассматриваем частицу, фотон, и моделируем его возмущением в электромагнитном поле.
Но что, если бы мы поступили наоборот? Если бы мы считали, что фотон в своем наиболее фундаментальном описании был только возмущением полей, и что мы моделировали это возмущение как частицу?
В квантовой физике в квантовой теории поля это то, что мы делаем: рассматриваем частицы уже не как маленькие конденсированные шарики материи, а как возмущения, присутствующие на поверхности квантового поля.
В таком случае «маленькая частица» представляет собой упрощенное описание, которое предполагается более интуитивным.
В рамках квантовой теории поля Вселенная заполнена различными полями: электрическими, магнитными, гравитационными, и частице соответствует возбуждение на этих разных полях.
Например:
- положительное возмущение электрического поля и возмущение гравитационного поля, например, соответствует протону;
- если возмущается только гравитационное поле, это нейтрон: действительно, нейтрон имеет массу, но не имеет заряда, и тогда будет возмущено только гравитационное поле;
- если возмущение касается только электрического и магнитного полей, а не гравитационного поля, мы можем сделать вывод, что имеем дело с фотоном, который не имеет массы.
В квантовой физике мы работаем с такими вещами. Мы больше не говорим о частицах как о шарах материи, а как о точечных волнах: известных пакетах волн, возникающих через одно или несколько квантовых полей и реагирующих с ними.
В итоге
Подводя итог, мы можем видеть Вселенную как холст, заполненный разными слоями, соответствующими различным квантовым полям: электрическому полю, магнитному полю, гравитационному полю и т.д.
Поэтому каждая точка в этом пространстве характеризуется значением, соответствующим напряженности электрического, магнитного, гравитационного и т.д. поля в этой точке:
Схема электрического поля для электрона (отрицательного) и позитрона (положительного)Данная частица, которая войдет в это пространство, изменит различные поля в соответствии со своими физическими параметрами (электрический заряд, масса…). Анализируя значения этих полей в данном месте, мы можем определить, какая частица только что пересекла это пространство.
Это то, что происходит в ускорителях частиц: наши теоретические модели предсказывают появление или существование определенных частиц, а целью является их фактическое обнаружение, для того, чтобы подтвердить теоретическую модель.
Взаимодействия между частицами соответствуют действию возмущения поля на другие возмущения того же поля или других полей, например, помехи.
Каждое взаимодействие одной частицы с другой соответствует передаче энергии от одного поля к другому. Возмущение электрического поля может передаваться магнитному, гравитационному и т.д. Когда пара частица-античастица аннигилирует, масса может быть преобразована в фотон, а значит, в электромагнитную энергию.
В целом энергия сохраняется, но она может переходить из одного поля в другое.
Что означает поле?
Задавать вопрос
спросил
Изменено 6 лет, 8 месяцев назад
Просмотрено 160 раз
$\begingroup$
Извините, если название звучит метанаучно, позвольте мне уточнить.
Наша цель в физике — понять, как устроена Вселенная.
С этой целью мы строим теорию, которая, как мы надеемся, делает опровержимые предсказания, а затем проводим эксперименты для проверки теории.
В классической механике, например, наша теория позволяет нам определять положение и импульс частиц в системе при заданном наборе начальных условий. Другими словами, в этой теории нас волнуют положение и импульс, которые мы можем измерить .
В квантовой механике ситуация несколько сложнее, поскольку вся теория вращается вокруг волновой функции, которую мы не может измерять напрямую. Однако, зная состояние системы (ее волновую функцию), мы можем извлечь измеримую информацию, например вероятность того, что частица имеет какое-то положение.
Однако, я начинаю изучать классическую теорию поля (чтобы перейти к КТП) и совершенно теряюсь с самого начала. Здесь основное внимание, похоже, уделяется некоторому полю $\phi(x)$. Но, , что представляет собой это поле? Я знаком с математическим понятием поля и могу, например, понять скалярное поле, такое как температура, как функцию положения.
Но что представляет собой $\phi(x)$? И как нам превратить это во что-то, что мы можем измерить?
Заранее спасибо.
- квантовая теория поля
- теория поля
- классическая теория поля
$\endgroup$
2
$\begingroup$
Вам следует начать с электрического поля или, лучше сказать, с электромагнитного поля: это абстракция силы, которая, согласно закону силы, возникает в источнике и прилагается к объекту. С полем мы просто игнорируем объект, удаляя его из уравнения, и рассматриваем ситуацию для гипотетического тестового объекта, брошенного в поле в любой момент времени или пространства. Результирующая теория поля позволяет использовать для работы с дифференциальными уравнениями благодаря непрерывности поля. В случае ЭМ это векторное поле.
Каковы области интереса в типичном QFT? Подойдет все, что приводит к действию, и обычно мы хотим удалить все классические потенциалы, чтобы получить полностью квантовую формулировку — в отличие от уравнения Шредингера с его классическим потенциалом! Цель состоит в том, чтобы получить явно релятивистские уравнения, чтобы они работали во всех случаях, например, в физике элементарных частиц.
Поскольку мы всегда начинаем с действия, которое необходимо объяснить, мы уже знаем о некоторых применимых экспериментальных результатах. Если же ваша работа полностью теоретическая, вы смотрите на абстрактные КТ, просто доказываете теоремы — что ж, тогда экспериментатор может не знать, как получить информацию, а вы можете не знать, что означают операторы. В конце концов, при взгляде на аксиоматическое утверждение геометрии есть неопределенные термины, такие как точка и линия, — указаны только отношения.
$\endgroup$
2
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но 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
.
404: Страница не найдена
Страница, которую вы пытались открыть по этому адресу, похоже, не существует. Обычно это результат плохой или устаревшей ссылки. Мы приносим свои извинения за доставленные неудобства.
Что я могу сделать сейчас?
Если вы впервые посещаете TechTarget, добро пожаловать! Извините за обстоятельства, при которых мы встречаемся. Вот куда вы можете пойти отсюда:
Поиск- Пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы сообщить, что эта страница отсутствует, или используйте поле выше, чтобы продолжить поиск
- Наша страница «О нас» содержит дополнительную информацию о сайте, на котором вы находитесь, WhatIs.com.
- Посетите нашу домашнюю страницу и просмотрите наши технические темы
Просмотр по категории
ПоискСеть
- беспроводная ячеистая сеть (WMN)
Беспроводная ячеистая сеть (WMN) — это ячеистая сеть, созданная путем соединения узлов беспроводной точки доступа (WAP), установленных в .
.. - Wi-Fi 7
Wi-Fi 7 — это ожидаемый стандарт 802.11be, разрабатываемый IEEE.
- сетевая безопасность
Сетевая безопасность охватывает все шаги, предпринятые для защиты целостности компьютерной сети и данных в ней.
..ПоискБезопасность
- Что такое модель безопасности с нулевым доверием?
Модель безопасности с нулевым доверием — это подход к кибербезопасности, который по умолчанию запрещает доступ к цифровым ресурсам предприятия и …
- RAT (троянец удаленного доступа)
RAT (троян удаленного доступа) — это вредоносное ПО, которое злоумышленник использует для получения полных административных привилегий и удаленного управления целью …
- атака на цепочку поставок
Атака на цепочку поставок — это тип кибератаки, нацеленной на организации путем сосредоточения внимания на более слабых звеньях в организации .
..
..ПоискCIO
- Пользовательский опыт
Дизайн взаимодействия с пользователем (UX) — это процесс и практика, используемые для разработки и внедрения продукта, который обеспечит позитивное и …
- соблюдение конфиденциальности
Соблюдение конфиденциальности — это соблюдение компанией установленных правил защиты личной информации, спецификаций или …
- контингент рабочей силы
Временная рабочая сила — это трудовой резерв, члены которого нанимаются организацией по требованию.
SearchHRSoftware
- Поиск талантов
Привлечение талантов — это стратегический процесс, который работодатели используют для анализа своих долгосрочных потребностей в талантах в контексте бизнеса …
- удержание сотрудников
Удержание сотрудников — организационная цель сохранения продуктивных и талантливых работников и снижения текучести кадров за счет стимулирования .
