§5 Вещество и поле

Разделение материи на вещество и поле является оправданным только для макропроцессов (на макроуровне). В микромире различение вещества от поля весьма условно.

При изучении строения материи на макроуровне были сделаны попытки ученых свести один вид материи к другому. Так полное торжество максвелловской теории электромагнитного поля, подтверждение ее выводов на практике побудило ученых считать, что вещество представляет особое состояние электромагнитного поля (области большой концентрации поля). Масса электрона отождествлялась с массой окружающего электрон поля и вообще рассматривать вещество.

С открытием и изучением элементарных частиц на третьем уровне элементарности выяснилось, что элементарные частицы обладают волновыми свойствами. Была создана (разработана) в рамках нерелятивистской квантовой механики концепция (теория) корпускулярно-волнового дуализма.

Развитием нерелятивистской квантовой механики является релятивистская теория “элементарных” частиц. Релятивистская квантовая механика (квантовая электродинамика) является объединением требований квантовой теории и теории относительности. В квантовой релятивистской теории рассматривается возможность процессов рождения и поглощения частиц, производится дальнейшее обобщение понятия волновой функции. Введение квантовых полей отражает в теории единство корпускулярной и волновой природы физических объектов, являющееся важнейшим свойством материи.

Важнейшим результатом релятивистской квантовой теории является возможность образования электронно-позитронных пар электромагнитным полем и превращения электронно-позитронных пар в электромагнитное поле. Пары образуются при условии, если длина волны фотона меньше, чем

2·10^-13м.

В рамках релятивистской квантовой теории в содержание понятия об элементарной частице включены волновые свойства. Прежнее понимание поля также перестает соответствовать действительности: совершенно новым свойством стала дискретность, квантованность поля. Поле стало само частицей.

В релятивистской квантовой механике значительное место занимают понятия о виртуальных процессах и виртуальных частицах. Виртуальный- это значит возможный, ненаблюдаемый, неявный, дающий эффект, промежуточный, кратковременный, охватывающий только начальные и конечные стадии взаимодействия, существующий за счет “займа” энергии. Все эти расшифровки имеют значение, так как каждая из них выражает определенную сторону содержания этого понятия.

Понятия о виртуальных процессах и виртуальных частицах органически связаны с основными принципами квантовой физики. Квантовое представление электромагнитного поля неизбежно приводит к выводу об испускании заряженными частицами виртуальных фотонов. Так же обстоит дело и в случае квантового представления других физических полей. Тесно связаны понятия о виртуальных процессах и с соотношением неопределенностей для энергии-времени (ΔЕ·Δt~ћ).

В силу кратковременности существования виртуальных частиц они не наблюдаемы. Однако существует ряд доказательств объективного существования виртуальных частиц.

Вопросы для самоконтроля:

1.На каком уровне изучения материи оправдано выделение вещества и физического поля?

2. На каком уровне изучения материи и почему не оправдано ее деление на вещество и поле?

3.В чем заключается квантовое представление об электромагнитном поле?