Фрэнк Вильчек - Красота физики. Постигая устройство природы

(С учетом этого, если нет опасности запутаться, я буду иногда использовать термин «электрическое поле» как для сущности, так и для ее среднего значения. Вредные привычки изживаются с трудом.)

См. также Квантовый флюид.

«Электричество» – это общий термин, который используется для обозначения широкого спектра явлений, связанных с влиянием и поведением электрических зарядов.

Эти два термина взаимозаменяемы и используются для обозначения раздела науки, который описывает электричество, магнетизми связь между ними.

Еще со времен работ Фарадея и Максвелла люди поняли, что электричество и магнетизм неразрывно связаны друг с другом. Меняющиеся во времени магнитные поля создают электрические поля, согласно закону Фарадея, а меняющиеся во времени электрические поля создают магнитные поля, согласно закону Максвелла(см. слагаемое Максвелла). Электромагнитные волны, возникающие из взаимосвязи этих законов, содержат как электрические, так и магнитные поля.

Из специальной теории относительностимы узнаем, что преобразования Галилеяпреобразуют электрические и магнитные поля (и флюиды) друг в друга.

Когда мы объединяем закон Фарадея, по которому меняющиеся магнитные поля создают электрические поля, с законом Максвелла, по которому меняющиеся электрические поля создают магнитные поля, мы обнаруживаем возможность самоподдерживающейся активности в этих полях. Эта самоподдерживающаяся активность принимает форму поперечных волн, которые перемещаются в пространстве со скоростью света. Мы называем эти волны электромагнитными волнами .

Максвелл открыл возможность существования электромагнитных волн и рассчитал их скорость. Обнаружив, что она совпадает со скоростью света, он предположил, что свет состоит из электромагнитных волн. По сей день это остается нашим фундаментальным описанием света.

Видимый свет соответствует только небольшой полосе электромагнитного спектра, который включает электромагнитные волны со всеми возможными длинами волн. Сейчас мы знаем, что не только свет, но также радиоволны, микроволновое излучение, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, гамма-лучи – все являются электромагнитными волнами с разными длинами волн и частотой.

См. Цвет (света).

Поскольку электрическое и магнитное поля оказывают большое влияние друг на друга, удобно и справедливо рассматривать их как единое целое. Электромагнитный флюид – это просто флюид, двумя компонентами которого являются электрический и магнитный флюиды. Электромагнитное поле в любой точке равно среднему значению флюида в этой точке.

Электроны – одна из составляющих частей обычного вещества. Впервые явным образом их наблюдал Дж. Томсон в 1897 г.

В Главной теории электроны – элементарные частицы, и их определяют через уравнения, которым они удовлетворяют.

В обычном веществе электроны несут весь отрицательный электрический заряд. Хотя они дают совсем небольшой вклад в массу обычного вещества, электроны играют преобладающую роль в химии и структуре материалов. Контролируемое управление электронами – другими словами, электроника , в широком понимании этого слова – это основа большой части современной технологической цивилизации.

Электронный флюид – это заполняющий мировое пространство активный квантовый флюидили среда. Согласно квантовой теории, используемой в нашей Главной теориидля описания мира, электроныи их античастицы – антиэлектроны, или позитроны – являются возмущениями электронного флюида. Они похожи в таком описании на волны на воде, которые в случае отсутствия препятствий могут сохраняться и передвигаться (или, как мы иногда говорим, «распространяться») долгое время и на большие расстояния.

Существуют похожие флюиды, связанные с каждым из видов элементарных частиц. (В физической литературе они часто называются квантовыми полями.) Эти заполняющие пространство флюиды сосуществуют – присутствие одного не исключает присутствие любого другого. Динамические уравненияГлавной теории описывают, как они влияют друг на друга.

Как и многие идеи, которые мы используем сейчас для описания вещества, наше современное понимание электронов основано на понятиях, впервые появившихся в процессе изучения электромагнетизмаи света. Электронный флюид очень похож на электромагнитный флюид, и сейчас мы рассматриваем электроны как наименьшие возмущения в электронном флюиде. Они являются его квантами, так же как фотоныдля электромагнитного флюида.

Мы называем частицу элементарной , если она подчиняется простым уравнениям. Согласно Главной теории, кварки, лептоны, фотоны, виконы, цветные глюоны, гравитоныи частица Хиггса – элементарные частицы.

Когда-то мы считали (или скорее надеялись), что протоныи нейтроныявляются элементарными частицами, но дальнейшие исследования показали, что они не подчиняются простым уравнениям. Сходным образом атомы и молекулы также не являются элементарными частицами. Во всех этих случаях мы понимаем теперь, что эти объекты – протоны, нейтроны, атомы и молекулы – сложные структуры, состоящие из более простых частей. На самом деле они состоят из нескольких элементарных частиц Главной теории (а именно из u- и d -кварков, цветных глюонов, электронови фотонов).

Эллипс – это плоская геометрическая фигура, похожая на вытянутый круг. Эллипсы обычно определяются следующим образом. Выберем пару точек А и B и расстояние d , большее, чем расстояние между A и B . Тогда набор всех точек P , таких, что сумма расстояний от A до P и от B до P равна d , является эллипсом. Точки A и B , которые сами по себе не принадлежат эллипсу, называются его фокальными точками, или фокусами.