Электромагнитная концепция

Понятие поля было введено Фарадеем для описания электромагнитных явлений. К созданию электромагнитной теории поля привела длинная цепь случайных открытий и планомерных кропотливых исследований. Электромагнитная теория поля была создана Максвеллом, она получила название электродинамики.

В основе электромагнитной теории поля лежит принцип близкодействия. Согласно полевой концепции, участвующие во взаимодействии частицы создают в каждой точке окружающего их пространства особое состояние - поле сил, проявляющееся в силовом воздействии на другие частицы, помещенные в какую-либо точку данного пространства.

Законы электродинамики сформулированы в уравнениях Максвелла, которые позволяют определять значения характеристик электромагнитного поля – напряженности электрического поля и магнитной индукции – в вакууме и макроскопических телах в зависимости от распределения в пространстве электрических зарядов и токов. первое уравнение является обобщением на переменные поля эмпирического закона Био-Савара о возбуждении магнитного поля электрическими токами, т.е. циркуляция вектора магнитной напряженности вдоль замкнутого контура определяется полным током через произвольную поверхность, ограниченную данным контуром. Второе уравнение является математической формулировкой закона электромагнитной индукции Фарадея, т.е. циркуляция вектора напряженности электрического поля вдоль замкнутого контура (эдс индукции) определяется скоростью изменения потока вектора магнитной индукции через поверхность, ограниченную данным контуром. Третье уравнение выражает опытные данные об отсутствии магнитных зарядов, аналогичных электрическим (магнитное поле порождается только электрическими токами), т.е. поток вектора магнитной индукции через произвольную замкнутую поверхность равен 0. Четвертое уравнение (обычно называют теоремой Гаусса) представляет собой обобщение закона воздействия неподвижных электрических зарядов (закона Кулона), т.е. поток вектора электрической индукции через произвольную замкнутую поверхность определяется электрическим зарядом, находящимся внутри этой поверхности.

Уравнения Максвелла описывают огромную область явлений. Они лежат в основе электротехники и радиотехники и играют важную роль в развитии физики плазмы, магнитной гидродинамики, нелинейной оптики и т.д.

Электромагнитная концепция описывает электромагнитное взаимодействие. Среди других видов физических взаимодействий оно занимает первое место по многообразию и широте проявлений. Им определяется строение атомных оболочек, сцепление атомов в молекулы, трение и др.

Квантовая механика

Квантовая механика – теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте.

Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества. Квантовая механика включает механику Ньютона как частный случай. Квантовая механика делится на нерелятивистскую, справедливую в случае малых скоростей, и релятивистскую, удовлетворяющую требованиям специальной теории относительности.

Соотношение между классической и квантовой механикой определяется существованием универсальной мировой постоянной – постоянной Планка.

Квантовая механика утверждает корпускулярно-волновой дуализм частиц. Одинаковые частицы в одинаковых условиях могут вести себя по-разному, и как частицы, и как волны, т.е. поведение частиц непредсказуемо однозначно. Поведение частиц описывается вероятностными и статистическими законами. Вероятностное поведение частиц означает также и то, что невозможно точно описать траекторию движения частицы.

Для квантовых явлений очень важно точное описание условий опыта. В условия входят и сами приборы, т.к. прибор сам участвует в формировании наблюдаемого явления.

Величиной, описывающей состояние физической системы в квантовой механике, является амплитуда вероятности, или волновая функция системы. Основной чертой такого квантовомеханического описания является предположение о справедливости принципа суперпозиции состояний. В общем виде этот принцип утверждает, что если в данных условиях возможны различные квантовые состояния частицы (или системы частиц), которым соответствуют волновые функции, то существует и состояние, описываемое волновой функцией.

Одной из основных задач квантовой механики является нахождение волновой функции, отвечающей данному состоянию изучаемой системы. Решение этой задачи показывает, что чем более определенным является импульс частицы, тем менее определенно ее положение (принцип неопределенности). Принцип неопределенности является фундаментальным в квантовой механике, т.к. устанавливает физическое содержание и структуру ее математического аппарата.

К основным уравнением квантовой механики относятся:

- стационарное уравнение Шрёдингера, которое является обобщением волн де Бройля для движения частицы в потенциальном поле, не зависящем от времени.

- временное уравнение Шрёдингера, которое рассматривает динамику квантовой системы для одномерного и трехмерного движения.