2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5, 6  След.
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение31.12.2014, 15:56 


29/12/14

52
Классическое представление мира не дает мне покоя. Все время хочется представлять поле, как нечто, имеющее структуру (нечто вроде молекул, атомов и т.д, хотя это в корне неверно). Отсюда и растут ноги недопонимания. А тут еще и вакуум со своими колебаниями, дрожаниями. Ведь если есть поле, но нету частиц (поверхность воды без волн, да?), то почему у него есть энергия, импульс? Откуда? Что колеблется?

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение31.12.2014, 15:59 


13/09/14

166

(Оффтоп)

stasov ivan может быть счастлив

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение31.12.2014, 16:32 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
stasov ivan в сообщении #954860 писал(а):
Классическое представление мира не дает мне покоя. Все время хочется представлять поле, как нечто, имеющее структуру (нечто вроде молекул, атомов и т.д, хотя это в корне неверно). Отсюда и растут ноги недопонимания.

В физике это не называется классическим. Классическим в физике называется представление современное, но не квантовое - макроскопическое.

Да, хочется представлять поле... Но это постепенно уходит, по мере того, как вы познакомитесь с полем, изучите его. Оно подчиняется математическим законам, которые называются уравнения Максвелла (для электромагнитного поля; для других полей - другие, но аналогичные уравнения: Эйнштейна, Дирака, Клейна-Гордона, Янга-Миллса, Прока, Майорана...). Эти уравнения позволяют рассчитать, что будет с полем, даже не представляя себе его какой-то структурой. Достаточно математических взаимосвязей того, что есть, с тем, что будет.

Есть раздел математики - или раздел физики, как посмотреть, - который называется математическая физика, и он занимается тем, что изучает разнообразные физические явления, вызванные к жизни именно уравнениями, самим фактом их существования. Например, оказывается, что можно взять уравнения, которые описывают нечто неподвижное и постоянное, и вдруг те же самые уравнения порождают колебания, бегущие волны и тому подобные штуки. Это, кстати, и открыл Максвелл, когда открыл электромагнитную природу света: он открыл в своих уравнениях волновые решения, вычислил их скорость, и получил скорость света (и кроме того, те же два поперечных направления поляризации). И не только, последствия уравнений обширны и разнообразны: законы отражения и преломления, колебания в резонаторах и в атомах, волновые пакеты и уединённые волны, радуги и чёрные дыры. Тот же Максвелл, взяв совсем другие уравнения, разгадал природу теплоты и газовых законов - опять же, эти уравнения не требовали под собой никакой "структуры", типа той, что упоминаете вы.

Образно можно сказать так. Если в физике 19 века считалось, что есть какая-то такая "структура", а благодаря ней возникают какие-то уравнения (и на каком-то уровне это было верно), то в 20 веке, спустившись на один-несколько этажей ниже, физики обнаружили, что эта самая привычная "структура" сама возникает благодаря каким-то уравнениям - другим или тем же самым. И она является всего лишь частным случаем разнообразия проявлений этих уравнений.

stasov ivan в сообщении #954860 писал(а):
Ведь если есть поле, но нету частиц (поверхность воды без волн, да?), то почему у него есть энергия, импульс? Откуда? Что колеблется?

Представьте себе линию - график функции. И представьте себе, что он натянут, как струна. Пусть он колеблется. Что колеблется? На самом деле, всего лишь линия (или функция, другими словами). Никакой струны нет. Струна - это всего лишь ваш образ, который вы использовали для сравнения. Ну и с полем так же - просто чуть посложнее, потому что поле - это 6 функций, каждая из которых задана не на числовой прямой, а в трёхмерном пространстве.

Сложнее другое. Надо понять, что то, что мы называем частицами, - на самом деле такие же поля и их колебания. Нету отдельного "электрона", а есть разлитая во всём пространстве "электронность" (её называют электрон-позитронным полем, или полем Дирака), и отдельные колебания этой "электронности" для нас выглядят как частицы. Ну а бывает, конечно, что колебаний нет - тогда и частиц нет, но "электронность" - всё равно есть.

-- 31.12.2014 16:33:49 --

sdf
Ну а чего бы не поговорить с неофитом, если он готов внимать и книжки читать? Авось впрок пойдёт.

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение31.12.2014, 16:46 


29/12/14

52
Вот, кажется я начинаю понимать. Допустим у нас электромагнитное поле. Его колебания это электромагнитные волны, так? А если убрать волны, получится вакуум электромагнитного поля. А в таком состоянии колебания будут?

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение31.12.2014, 16:51 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Классических колебаний не будет. Квантовые ("нулевые") колебания - останутся. Но они будут ненаблюдаемы.

Точнее, на самом деле косвенно квантовые колебания приводят к сдвигу VEV (средних вакуумных значений) разных физических величин, что вполне наблюдаемо. Но во-первых, не для всякого поля. Электромагнитное поле в этом смысле довольно неудачно. Во-вторых, для этого может понадобиться сконструировать ту или иную сложную физическую систему. Например, атом водорода (в нём наблюдается лэмбовский сдвиг), или две металлические пластины (между ними наблюдается эффект Казимира).

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение31.12.2014, 16:57 


29/12/14

52
Образно представляю это так (не знаю, насколько удачно): если есть частицы, то "по поверхности воды" бегут волны. Если части нету, то "поверхность воды" не идеально гладкая, на ней присутствует некая мелкая "рябь", "возмущение".

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение31.12.2014, 20:08 


29/12/14

52
И еще кое-что: могут электромагнитные волны существовать в отсутствие источника (заряда, заряженного тела, иначе в вакууме), иметь частоту, напряженность и т.д? То есть если представить некое абстрактное пространство, в котором есть лишь электромагнитное поле (нету других тел, заряженных частиц), то в таком поле будут существовать электромагнитные волны, или для их существования обьязательно наличие источника и поглотителя (заряда)?

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение01.01.2015, 00:38 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
Могут.

Можно убедиться в этом, взяв аналогичную, но намного более простую, вещь: бесконечную струну, которая может отклоняться в одном направлении. Её состояние будет целиком описываться действительнозначной функцией $a(x,t)$ (координата на струне и момент времени, а значение — насколько и в какую сторону элемент струны отклонён), а поведение будет описываться уравнением $$\frac{\partial^2a}{\partial t^2} = v^2\frac{\partial^2a}{\partial x^2},$$где $v^2 > 0$ — константа, определяющая свойства струны. Это уравнение применимо к самой обычной струне, если она всегда лежит в какой-то одной плоскости и отклоняется не очень сильно.

Любое решение этого уравнения можно представить в виде $a(x,t) = f(x + vt) + g(x - vt)$, т. е. как сумму двух волн, двигающихся по струне в противоположных направлениях со скоростью $v$. В многомерном случае возможных направлений уже не два, так что становится интереснее, но представление можно получить.

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение01.01.2015, 01:48 


29/12/14

52
А если в пространстве только электромагнитное поле, тогда тоже будут электромагнитные волны?

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение01.01.2015, 01:55 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
stasov ivan в сообщении #954892 писал(а):
Образно представляю это так (не знаю, насколько удачно): если есть частицы, то "по поверхности воды" бегут волны. Если части нету, то "поверхность воды" не идеально гладкая, на ней присутствует некая мелкая "рябь", "возмущение".

Это довольно неудачно, потому что "квантовая рябь" - совсем не "рябь", и говорят так о ней только в силу старой традиции. Но объяснять правильный образ очень долго и сложно. Да и к тому же, в книжках (хороших) это изложено лучше. Почитайте книгу Фейнмана, которую я вам рекомендовал.

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение01.01.2015, 02:05 


29/12/14

52
Я уже начал читать.
А как на счет вопроса про электромагнитное полеь Если бы не было других полей, существовали бы электромагнитные волны?

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение01.01.2015, 06:39 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Конечно, существовали бы.

Но тут есть один нюанс, с понятием "электромагнитное поле". В 19 веке ещё не знали чётко, что это одно поле, и сперва описали его как два разных поля: электрическое и магнитное. Так вот, если смотреть на них по отдельности, то каждое из них не самостоятельно, и не может иметь, скажем, волн. Нужно их соединить вместе, и тогда пойдут волны. Это и сделал Максвелл в 1961 году.

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение01.01.2015, 09:49 


29/12/14

52
И эти волны были бы везде в пространстве?

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение01.01.2015, 22:39 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Эти волны могли бы быть везде в пространстве.

Поле по отношению к волнам ведёт себя как система, сохраняющая состояние. То есть, если в поле была какая-то волна в начальный момент времени, то эта волна будет и потом (только убежит в другое место, да и то, если рассматривать только бегущие волны). (Правда, это относится только к линейным полям, таким как электромагнитное, а с нелинейными ситуация посложнее.) Так что, будут ли волны - зависит от того, будут ли волны вначале.

 Профиль  
                  
 
 Re: абсолютная пустота
Сообщение01.01.2015, 22:45 


29/12/14

52
Munin в сообщении #955262 писал(а):
Поле по отношению к волнам ведёт себя как система, сохраняющая состояние. То есть, если в поле была какая-то волна в начальный момент времени, то эта волна будет и потом (только убежит в другое место, да и то, если рассматривать только бегущие волны). (Правда, это относится только к линейным полям, таким как электромагнитное, а с нелинейными ситуация посложнее.) Так что, будут ли волны - зависит от того, будут ли волны вначале.


Большое спасибо за понятные ответы и за терпение.

(Оффтоп)

И с новым годом!

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 88 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5, 6  След.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group