Вопрос 9

Дальноде́йствие (непосредственное действие тел на расстоянии) и короткоде́йствие (близкодействие) — две концепции классической физики, противоборствовавшие на заре её становления.

Согласно концепции дальнодействия, тела действуют друг на друга без материальных посредников, через пустоту, на любом расстоянии. Такое взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью (но подчиняется определённым законам). Примером силы, считавшейся одним из примеров непосредственного действия на расстоянии, можно считать силу всемирного тяготения в классической теории гравитации Ньютона.

Согласно концепции короткодействия (близкодействия), взаимодействия передаются с помощью особых материальных посредников. Например, в случае электромагнитных взаимодействий таким посредником является электромагнитное поле.

В современной физике эти понятия иногда используются в другом смысле, а именно, дальнодействующими полями называют гравитационное и электромагнитное (они подчиняются в классическом пределе закону обратных квадратов), а короткодействующими — поля сильного и слабого взаимодействия, которые быстро спадают с расстоянием на больших масштабах, и поэтому проявляются лишь при малых расстояниях между частицами.

Принципиальное отличие теории близкодействия, принятой на сегодняшний день, можно рассмотреть на простом примере: взаимодействии двух точечных частиц. Концепция близкодействия постулирует, что в процессе этого взаимодействия частица А испускает другую частицу — С, при этом ее скорость и импульс меняются согласно законам сохранения. Частица С поглощается частицей В, что, в свою очередь, приводит к изменению импульса и скорости последней. В результате создается иллюзия непосредственного влияния частиц A и B друг на друга.

В современной физике проводится четкое разделение материи на частицы-участники (или источники) взаимодействий (называемые веществом) и частицы-переносчики взаимодействий (называемые полем). Из четырех видов фундаментальных взаимодействий надежную экспериментальную проверку существования частиц-переносчиков получили три — сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия. Обнаружение переносчиков гравитационного взаимодействия — так называемых гравитонов — как отдельных частиц на современном уровне техники проблематично. Их существование предсказывается в некоторых квантовых расширениях Общей теории относительности и других теориях квантовой гравитации.

Важным отличием теории близкодействия от теории дальнодействия является наличие максимальной скорости распространения взаимодействий (полей, частиц), совпадающей со скоростью света. Однако при строгом рассмотрении , сколь бы не были малы расстояния между частицами, их все равно нечто разделяет - это и есть поятие граница, градиент частица - и таким образом теория близкодействия не уходит от необходимости передачи взаимодействия через "ничто" нематериальное, т.е. от принципа дальнодействия, пусть и сведенного к исчезающе малым интервалам.

Вопрос 10

Для описания происходящих в природе процессов необ­ходимо выбрать ту или иную систему отсчета.Под систе­мой отсчета понимают систему координат, служащую для указания положения частиц в пространстве, вместе со свя­занными с этой системой часами, служащими для указания времени. В различных системах отсчета законы природы — в том числе законы движения — имеют, вообще говоря, различный вид. Если взять произвольную систему отсчета, то может оказаться, что законы далее совсем простых явлений будут выглядеть в ней сложно. Естественно возникает вопрос об отыскании такой системы отсчета, в которой законы природы выглядели бы наиболее просто. Простейший вид движения — движение свободного тела, т. е. тела, не подвергающегося каким-либо внешним воздей­ствиям. Существуют системы отсчета, в которых свободное движение происходит с постоянной по величине и направле­нию скоростью. Такие системы отсчета называются иници­альными, а утверждение об их существовании составляет содержание закона инерции. Свойство инерциальности можно сформулировать также как утверждение об однородности и изотропии пространства и однородности времени по отношению к такой системе отсчета. Однородность пространства и времени означает эквивалентность всех положений свободной частицы в про­странстве во все моменты времени, а изотропия простран­ства — эквивалентность различных направлений в нем. Неиз­менность характера свободного движения частицы в любом направлении пространства является очевидным следствием этих свойств. Если две системы отсчета движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно и если одна из них инер-циальна, то очевидно, что и другая тоже является инерциаль-ной: всякое свободное движение и в этой системе будет происходить с постоянной скоростью. Таким образом, имеется сколько угодно инерциальных систем отсчета, движущихся друг относительно друга с постоянными скоростями. Оказывается, однако, что различные инерциальные систе­мы отсчета эквивалентны не только по отношению к свой­ствам свободного движения. Опыт показывает, что справедлив так называемый принцип относительности. Согласно этому принципу все законы природы одинаковы во всех инерциаль­ных системах отсчета. Другими словами, уравнения, выража­ющие законы природы, инвариантны по отношению к преоб­разованию координат и времени от одной инерциальной системы к другой. Это значит, что уравнения законов природы, будучи выражены через координаты и время в различных инерциальных системах отсчета, имеют один и тот же вид. Наряду с принципом относительности, в самой основе представлений классической (или ньютоновской) механики ¹) лежит предположение об абсолютности времени — одинако­вости хода времени во всех инерциальных системах отсчета. Объединенный с этим предположением принцип относитель­ности называют принципом относительности Галилея. Координаты r и r' одной и той же точки в двух различ­ных инерциальных системах отсчета К и К', из которых вторая движется со скоростью V относительно первой, свя­заны друг с другом соотношением r = r' + Vt,                                  (3,1) где t — время, одинаковое в обеих системах. t = t'.                                       (3,2) ¹) В отличие от релятивистской (или эйнштейновской) меха­ники, о которой будет идти речь в гл. VIII, IX. Продифференцировав обе стороны равенства (3,1) по времени, получим обычный закон сложения скоростей v = v' + V.                                  (3,3) Формулы (3,1—2) называют преобразованием Галилея. Принцип относительности Галилея требует инвариантности законов природы по отношению к этому преобразованию. Все сказанное достаточно ясно свидетельствует об исклю­чительности свойств инерциальных систем отсчета, в силу которых именно эти системы должны, как правило, исполь­зоваться при изучении механических явлений. Везде ниже, где обратное не оговорено особо, будет подразумеваться такой выбор системы отсчета. Полная физическая эквивалентность всех инерциальных систем отсчета показывает, в то же время, что не существует никакой «абсолютной» системы, которую можно было бы предпочесть всем другим системам.