ФИЗИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

физическая система, обладающая бесконечно большим числом степеней свободы. Относящиеся к такой системе физич. величины не локализованы на каких-либо отдельных материальных частицах с конечным числом степеней свободы, а непрерывно распределены по нек-рой области пространства. Примерами таких систем могут служить гравитационное и электромагнитное поля и волновые поля частиц в квантовой физике (электрон-позитронное, мезонное и т. п.). Для описания Ф. п. в каждый момент времени необходимо задать одну или несколько физич. величин в каждой точке области, где имеется поле, то есть задать полевую функцию. Пока речь идет о нерелятивистских процессах, понятие поля можно не вводить. Напр., при рассмотрении гравитационного поля или кулоновского взаимодействия двух частиц можно считать, что сила взаимодействия возникает лишь при наличии обеих частиц, полагая, что пространство вокруг частиц не играет особой роли в передаче взаимодействия. Такое представление соответствует концепции дальнодействия, или действия на расстоянии. Понятие дальнодействия, однако, является приближенным, только в нерелятивистском случае физически эквивалентным представлению о том, что действие заряда проявляется лишь при помещении второй, пробной частицы в область пространства, свойства к-рого уже изменены из-за наличия первой частицы. Взаимодействие при этом передается постепенно, от точки к точке, в таком измененном пространстве. Это и означает, что первая частица создает вокруг себя силовое гравитационное или электрич. поле. Эта концепция близкодействия находит подтверждение при рассмотрении релятивистских процессов. В этом случае, то есть при движении источников со скоростью, сравнимой со скоростью передачи взаимодействия, говорить о дальнодействии уже нельзя. Именно, изменение состояния одной частицы сопровождается, вообще говоря, изменением её энергии и импульса, а изменение силы, действующей на другую частицу, наступает лишь через конечный промежуток времени. Доли энергии и импульса, отданные одной частицей и еще не принятые другой, принадлежат в течение этого времени их переносящему полю. Поле, переносящее взаимодействие, является, таким образом, само по себе физич. реальностью. Понятие Ф. п. применимо при описании свойств всякой сплошной среды. Если сопоставить с каждой точкой среды определяющие ее состояние физич. величины (температуру, давление, натяжения и т. п.), то получится поле этих величин. В этом случае роль упругой среды для передачи взаимодействия очевидна. Первоначальная трудность представить себе немеханич. среду, способную переносить энергию и импульс, породила различные механич. модели эфира как среды, переносящей электромагнитные взаимодействия. Однако все механич. модели эфира противоречат принципу относительности Эйнштейна, и от них пришлось отказаться. Простейший тип движения поля - волновое, для $\mathrm{K}-$ рого полевая функция периодически меняется во времени и от точки к точке. Вообще, любое состояние поля удобно представить в виде суперпозиции волн. Для волнового движения характерны явления дифракции и интерференции, невозможные в классич. механике частиц. С другой стороны, динамич. характеристики (энергия, импульс и т. д.) волн «размазаны» в пространстве, а не локализованы, как у классич. частиц. Такое противопоставление волновых и корпускулярных свойств, присущее классич. механике, указывает на качественное различие в ней между Ф. П. и частицами. Однако опыт показывает, что на малых расстояниях, в атомных масштабах, это различие исчезает: у поля появляются корпускулярные свойства, а у частиц - волновые. Квантовая механика ставит в соответствие каждой частице поле ее волновой функции, дающее распределение различных относящихся к частице физич. величин. Концепция поля является основной для описания свойств элементарных частиц и их взаимодействий. Конечная цель в этом случае - получение свойств частиц из уравнений поля и перестановочных соотношений, определяющих квантовые свойства материи. Возможный вид уравнений поля ограничен принципами симметрии и инвариантности, являющимися обобщением экспериментальных данных. Лоренц-ковариантность, напр., требует, чтобы волновые функции частиц преобразовывались по неприводимым представлениям группы Лоренца. Таких представлений бесконечно много, однако только часть из них реализована в природе и соответствует тем или иным элементарным частицам. Реально используются наиболее простые уравнения полей, являющиеся локальными и перенормируемыми. Попытки построения теорий, не удовлетворяющих этим требованиям (нелинейной, нелокальной и т. п. теорий поля), влекут за собой пересмотр ряда важнейших принципов, существенных при физич. интерпретации теории (принцип суперпозиции, положительность нормы волновой функции и т. д.).

физическая система, обладающая бесконечно большим числом степеней свободы. Относящиеся к такой системе физич. величины не локализованы на каких-либо отдельных материальных частицах с конечным числом степеней свободы, а непрерывно распределены по нек-рой области пространства. Примерами таких систем могут служить гравитационное и электромагнитное поля и волновые поля частиц в квантовой физике (электрон-позитронное, мезонное и т. п.). Для описания Ф. п. в каждый момент времени необходимо задать одну или несколько физич. величин в каждой точке области, где имеется поле, то есть задать полевую функцию. Пока речь идет о нерелятивистских процессах, понятие поля можно не вводить. Напр., при рассмотрении гравитационного поля или кулоновского взаимодействия двух частиц можно считать, что сила взаимодействия возникает лишь при наличии обеих частиц, полагая, что пространство вокруг частиц не играет особой роли в передаче взаимодействия. Такое представление соответствует концепции дальнодействия, или действия на расстоянии. Понятие дальнодействия, однако, является приближенным, только в нерелятивистском случае физически эквивалентным представлению о том, что действие заряда проявляется лишь при помещении второй, пробной частицы в область пространства, свойства к-рого уже изменены из-за наличия первой частицы. Взаимодействие при этом передается постепенно, от точки к точке, в таком измененном пространстве. Это и означает, что первая частица создает вокруг себя силовое гравитационное или электрич. поле. Эта концепция близкодействия находит подтверждение при рассмотрении релятивистских процессов. В этом случае, то есть при движении источников со скоростью, сравнимой со скоростью передачи взаимодействия, говорить о дальнодействии уже нельзя. Именно, изменение состояния одной частицы сопровождается, вообще говоря, изменением её энергии и импульса, а изменение силы, действующей на другую частицу, наступает лишь через конечный промежуток времени. Доли энергии и импульса, отданные одной частицей и еще не принятые другой, принадлежат в течение этого времени их переносящему полю. Поле, переносящее взаимодействие, является, таким образом, само по себе физич. реальностью. Понятие Ф. п. применимо при описании свойств всякой сплошной среды. Если сопоставить с каждой точкой среды определяющие ее состояние физич. величины (температуру, давление, натяжения и т. п.), то получится поле этих величин. В этом случае роль упругой среды для передачи взаимодействия очевидна. Первоначальная трудность представить себе немеханич. среду, способную переносить энергию и импульс, породила различные механич. модели эфира как среды, переносящей электромагнитные взаимодействия. Однако все механич. модели эфира противоречат принципу относительности Эйнштейна, и от них пришлось отказаться. Простейший тип движения поля - волновое, для $\mathrm{K}-$ рого полевая функция периодически меняется во времени и от точки к точке. Вообще, любое состояние поля удобно представить в виде суперпозиции волн. Для волнового движения характерны явления дифракции и интерференции, невозможные в классич. механике частиц. С другой стороны, динамич. характеристики (энергия, импульс и т. д.) волн «размазаны» в пространстве, а не локализованы, как у классич. частиц. Такое противопоставление волновых и корпускулярных свойств, присущее классич. механике, указывает на качественное различие в ней между Ф. П. и частицами. Однако опыт показывает, что на малых расстояниях, в атомных масштабах, это различие исчезает: у поля появляются корпускулярные свойства, а у частиц - волновые. Квантовая механика ставит в соответствие каждой частице поле ее волновой функции, дающее распределение различных относящихся к частице физич. величин. Концепция поля является основной для описания свойств элементарных частиц и их взаимодействий. Конечная цель в этом случае - получение свойств частиц из уравнений поля и перестановочных соотношений, определяющих квантовые свойства материи. Возможный вид уравнений поля ограничен принципами симметрии и инвариантности, являющимися обобщением экспериментальных данных. Лоренц-ковариантность, напр., требует, чтобы волновые функции частиц преобразовывались по неприводимым представлениям группы Лоренца. Таких представлений бесконечно много, однако только часть из них реализована в природе и соответствует тем или иным элементарным частицам. Реально используются наиболее простые уравнения полей, являющиеся локальными и перенормируемыми. Попытки построения теорий, не удовлетворяющих этим требованиям (нелинейной, нелокальной и т. п. теорий поля), влекут за собой пересмотр ряда важнейших принципов, существенных при физич. интерпретации теории (принцип суперпозиции, положительность нормы волновой функции и т. д.).