основные научные понятия, законы для пользования

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Каким образом мы сопротивляемся Второму началу термодинамики, то есть росту энтропии и поддерживаем жизнь

5 ноября
291 прочитал









Давайте ответим на важный вопрос: "Откуда берется такая «удивительно» низкая энтропия в том реальном мире, где мы живем, несмотря на неумолимость Второго начала термодинамики, которое гласит, что во времени существует неизбежная тенденция к увеличению энтропии.
Сперва давайте разберемся с низкой энтропией в нас самих. Откуда же берется наша собственная столь малая энтропия? Вопрос заключается в том, как нам удается поддерживать свою жизнь на всем ее протяжении вопреки неумолимому росту энтропии?
Мы непрерывно боремся со вторым началом термодинамики. Энтропия не постоянна — она все время растет. Для поддержания нашей жизни нам необходимо сохранять тот низкий уровень энтропии, который имеется внутри нас. Это нам удается благодаря потреблению низкоэнтропийной комбинации продуктов и атмосферного кислорода, их взаимодействию в наших телах и выделению тепла. Тепло — это самая неупорядоченная, т. е. самая высокоэнтропийная форма энергии в ряду остальных. Мы потребляем энергию в низкоэнтропийной форме (продукты и кислород), а выделяем ее в форме высокоэнтропийной (тепло, углекислый газ).Таким образом, мы можем предохранять энтропию наших тел от возрастания и можем поддерживать (и даже совершенствовать) свою внутреннюю организацию.

А откуда берется этот запас низкой энтропии?

Все мы, на самом деле, должны быть чрезвычайно благодарны зеленым растениям — прямо или косвенно — за их замечательную способность потреблять атмосферный углекислый газ, разделять углерод и кислород и использовать углерод в качестве строительного материала для своих организмов.

Этот процесс, называемый фотосинтезом, приводит к сильному понижению энтропии. Мы сами используем это низкоэнтропийное разделение, в конечном счете, просто соединяя снова кислород и углерод внутри наших тел. Каким же образом зеленые растения совершают подобное чудо? Они используют солнечный свет. Этот свет переносит энергию с Солнца на Землю в сравнительно низкоэнтропийной форме — в виде фотонов видимого света. Земля, включая и ее обитателей, не задерживает эту энергию надолго, а переизлучает ее обратно в окружающее пространство. Однако эта переизлученная энергия находится уже в высокоэнтропийной форме, а именно, в виде так называемого «радиационного тепла», т. е. инфракрасных фотонов. Вся роль Земли здесь сводится к тому, чтобы принять энергию в низкоэнтропийной форме, а затем рассеять ее обратно в окружающее пространство, но уже как энергию с высокой энтропией.

Переизлученная энергия находится уже в высокоэнтропийной форме, в виде «радиационного тепла», т. е. инфракрасных фотонов. Вся роль Земли здесь сводится к тому, чтобы принять энергию в низкоэнтропийной форме, а затем рассеять ее обратно в окружающее пространство, но уже как энергию с высокой энтропией.
Таким образом, Солнце служит для нас мощным источником низкой энтропии. Мы (благодаря упомянутой замечательной способности растений) это используем, выделяя некоторую небольшую ее часть и преобразуя ее в удивительные по своей сложности структуры наших организмов.
Давайте теперь в общих чертах рассмотрим, что происходит с энергией и энтропией относительно Солнца и Земли. Солнце излучает энергию в виде фотонов видимого диапазона длин волн. Часть из них поглощается Землей, а затем переизлучается в виде фотонов инфракрасного диапазона. Решающее значение здесь имеет тот факт, что видимые фотоны имеют большую частоту, чем инфракрасные и, следовательно, большую энергию, приходящуюся на одну частицу.
Так как одиночный видимый фотон обладает большей энергией, чем одиночный инфракрасный, то видимых фотонов, падающих на Землю, должно быть меньше, чем инфракрасных, испускаемых Землей, причем ровно настолько, чтобы соблюдался баланс между падающей и излученной энергиями. А значит, энергия, переизлучаемая Землей в окружающее пространство, распределяется по гораздо большему числу степеней свободы, чем энергия, получаемая Землей от Солнца. Из-за этого большого числа задействованных степеней свободы соответствующий объем в фазовом пространстве электромагнитного поля также оказывается значительно большим у переизлученных фотонов по сравнению с фазовым объемом падающих и, следовательно, энтропия системы фотонов после переизлучения существенно возрастает. Зеленые растения, потребляя энергию в низкоэнтропийной форме (сравнительно небольшого числа видимых фотонов) и переизлучая ее в высокоэнтропийной форме (сравнительно большого числа инфракрасных фотонов), одновременно обеспечивают себя необходимой низкой энтропией, а нас — жизненно необходимым разделением углерода и кислорода.

Каким образом Солнце приобрело столь высокую температуру и затем смогло поддерживать низкоэнтропийные состояния других систем? Ответ заключается в том, что изначально оно образовалось из однородного газового облака (главным образом — водорода) посредством гравитационного сжатия.


Газопылевое облако солнечной системы, Гравитационное сжатие
В ходе этого процесса, еще на ранних стадиях своего образования, Солнце разогрелось. Оно продолжало бы и далее сжиматься и разогреваться, если бы, при некоторых определенных давлении и температуре, в игру не вступил другой источник энергии негравитационной природы, а именно, термоядерные реакции: слияние ядер водорода в ядра гелия с выделением энергии. Без термоядерных реакций Солнце было бы намного горячее и меньше, чем сейчас, оставаясь таким до самого момента своей звездной смерти. Термоядерные реакции не дали Солнцу стать слишком горячим, приостановив его дальнейшее сжатие и стабилизировав температуру Солнца на том уровне, который оказался вполне пригоден для нашей жизни, одновременно продлив при этом период его свечения.

Важно отметить, что хотя термоядерные реакции и играют очень важную роль в происхождении и установлении количественных характеристик солнечной энергии, именно гравитация является здесь решающим фактором. Без гравитации Солнце вообще не могло бы существовать! Оно продолжало бы светить и без термоядерных реакций, но без гравитации оно не светило бы вообще, поскольку именно гравитационное взаимодействие связывает вещество Солнца и обеспечивает необходимые температуру и давление. Без гравитации вместо Солнца мы имели бы холодный и рассеянный газ — такой же «мертвый», как и остальное космическое пространство вокруг нас.

[Альв]

если вспомнить что сила гравитации ассоциирована с любовью получается что без любви не могло бы существовать солнце

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=VNsi-9GqSz8

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=I5cmCwnRtcY
https://www.youtube.com/watch?v=euT7ivmr8wk

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/YphcjGjUqSCTuE9R?from_site=mail
Спин - он не только у человеков. Разбираемся и находим парадокс

2 июня 2022
1,3K прочитали




Среди тем статей, которые вам хотелось бы прочитать, исходя из недавнего обсуждения, присутствует спин. Действительно, почему-то до сих пор на проекте этот важный вопрос мы не разбирали и он не имел должного внимания, хотя регулярно затрагиваем основы квантовой физики и рассуждаем об устройстве материи. Давайте в простой и понятной форме попробуем разобраться, чем является спин и чем он не является.




Обезьяний спин

С одной стороны понятие это довольно простое. Чего там, вращение с определёнными характеристиками да и всё. С другой - это важный момент, который мало того, что позволяет описать некоторые физические процессы и отличает одну частицу от другой, так ещё и является в некотором роде парадоксальным. Но, обо всём по порядку.
Что такое спин?

В википедии приведено вполне неплохое определение этого физического понятия:

Спин (от английского «вращение») - собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий как квантовую, так и классическую природу.

Перечислим ключевые слова, на которые следует обратить внимание в определении.


Момент инерции диска

Для начала отметим фразу "элементарные частицы" - важно помнить, что спин есть не только у элементарных частиц, но и у частиц составных, типа атомов. Для того, чтобы найти спин атома, производится векторное сложение спинов, входящих в состав частицы элементов. Про квантовую и классическую природу поговорим чуть ниже, это тоже важный ключевой момент.
Ну и начинается всё с "собственного момента инерции". Под моментом инерции понимается способность тела в "некоторой степени сохранять" своё инерциальное движение относительно некоторой оси. У каждого объекта собственный момент инерции будет различен. Например, если взять колесо велосипеда и вращать его относительно своей оси, вы будете ощущать, что оно после приложенной нагрузки некоторое время вращается по инерции и это можно рассчитать определенным образом. Ну а если взять юлу или шар и вращать его, то они тоже будут вращаться некоторое время по инерции, но это будет уже отличное от велосипедного колеса вращения. Считается оно тоже иначе. Это и были собственные моменты инерции. Для каждого тела с уникальными характеристиками есть свой такой собственный момент инерции и он считается по определенной методике, где все обозначенные параметры учитываются.
Изначально спин ввели для того, чтобы описать специфическое поведение частицы, которое никак больше не получалось ни с чем связать.


Спин

Немножко подытожим и отметим, что спин - это собственный момент вращения элементарной частицы. Ничего другого это слово не подразумевает. Правда запутаться элементарно. Посмотрите на картинку выше. Частица может вращаться вокруг своей оси, а может вращаться относительно точки по орбите. Какое вращение нас интересует? Смотрим на слово "собственный" в определении.
В чем спин измеряется?

Спин измеряют в долях постоянной Планка. Частицы могут обладать целым спином, а могут половинчатым.


Хорошая схема неизвестного автора

Обозначается это привычным образом, который мы привыкли видеть в учебниках + 1/2; -1/2; 1,2. Все эти цифры означают "количество момента инерции". Если спин 1/2 это значит, что частица прокрутилась половину раза при получении "кванта вращения" в положительном направлении. Ну а если мы видим целое число, то это означает, что частица провернулась в нужном направлении один полный оборот, два полных оборота и так далее. Ну а в обозначении всегда присутствует ещё множитель в виде постоянной Планка.

Спин 1/2 означает, что частица должна повернуться на два полных оборота (на 720 °), прежде чем она приобретет ту же конфигурацию, что была и в начале. Это напрямую связано с понятием симметрии. Легко представить этот момент наглядно.

Покрутите шар в руках. Сколько раз его надо повернуть, чтобы он занял ту же самую позицию, в которой был?
Откуда вообще берется спин?

Главный вопрос, который появляется при встрече с понятием спин - это откуда он вообще берется. Вопрос правильный и интересный.
Чуть выше мы обозначили, что каждое вращающееся тело обладает моментом инерции. В зависимости от формы тела момент инерции разный. Такое обстоятельство является особенностью нашего мира, зафиксированного физиками. Про инерцию, как мы помним, весьма активно говорили ещё в момент становления классической физической теории, а у Ньютона есть вообще целый закон на этот счёт. Мы находимся в инерциальном пространстве и такого его свойство. Ровно также можно сказать, что свойство покрашенного забора быть зеленым.
Спин задает направление частицы и делает ее ориентированной так же, как ось волчка задает для волчка выделенное общее направление движения.
Вот только мы, вроде как говорим, что момент инерции есть только у вращающихся объектов. Значит и спин есть только у вращающихся частиц. И это верное утверждение.
Спин появляется у частицы благодаря тому, что она постоянно вращается. Правда следующий ожидаемый вопрос - почему частица всё время вращается без остановки и не теряет всю свою энергию. Мы обязательно поговорим об этом в отдельном материале, а пока нужно просто принять как факт, что частицы постоянно вращаются. Это их параметр, аналогичный постоянному тепловому движению.
Если использовать не очень хорошую аналогию, то можно представить себе частицу в форме шарика и увидеть, что её вращение имеет такой-то момент инерции. Ну а если частица будет иметь другую форму, то и момент инерции, он же спин, изменится. Значит, спин можно использовать для описания параметров частицы и её идентификации.


Прибор Штерна-Герлаха

В общем-то, так и делают. Спин научились измерять. Для этого используют прибор Штерна-Герлаха.

Важно отметить, что измеряется магнитный момент, а не механический. Магнитный момент появляется в следствие того, что у нас имеется вечная связь заряда и движения. Поскольку крутится заряженная частица, у неё появляются магнитные свойства. Обычная практика.

Если у частицы есть спин, то есть у неё и магнитный момент.
Важно не перепутать спин и магнитное спиновое число. Часто в обсуждениях пишут - ой, да вы не добавили слово магнитный. Ну конечно не добавили! Потому что спин в классическом понимании - именно собственный момент инерции при вращении.
Магнитный момент частицы будет связан и с механическим моментом. Ведь магнитные свойства завязаны на механические параметры движения заряда. Установка Штерна-Герлаха измеряет именно магнитную составляющую этого нехитрого процесса и отталкивается от неё.
Бывают ли частицы без спина? Ведь мы отметили, что любая частица постоянно вращаются, значит и спин всегда есть. Но нет. Спин есть не у всех частиц. Он отсутствует у безмассовых частиц, про которые тоже можно написать отдельный трактат.
Парадокс спина

Я написал чуть выше, что в понимании спина тоже имеется некоторый парадокс. Он связан с тем, что аналогия с шариком при рассмотрении частицы не совсем удачная, что следует из современных изысканий.
Поскольку частица обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами, рассматривать спин в отрыве от волновых свойств нельзя. Тут правильнее было бы использовать аналогию с вращающимися энергетическими вихрями, обладающими моментом инерции.


Что ты вообще такое

Вот и получается опять, что мы опять имеем классическое и квантовое понимание проблемы. Классическое простое - частица есть мячик, который крутится и обладает моментом инерции, а это вращение формирует магнитный момент.
Квантовое сложнее. Оно обозначает, что спин частицы тоже квантуется. Благодаря этому, спин можно разделить на составляющие. Тут уместно вспомнить уроки химии, когда мы в тетради рисовали квадратики и в каждом квадратике рисовали стрелочки вверх и вниз.
Для каждой частицы имеется стандартный набор абсолютных значений спина. Она выберет одно из них. А вот направлений может быть сколько угодно. Их обычно и измеряют.
Проблема понимания спина более глубокая, чем нам это кажется на первый взгляд. Это вот только при беглом рассмотрении и для понимания основ термина уместно приведенное выше описание. На практике мы столкнемся с проблемой того, что многие понятия макромира невозможно перенести на микромир. Вот и спин нельзя просто так взять и объяснить, как на известном меме.

Спин - это внутренняя, исключительно квантовая характеристика, которую нельзя объяснить в рамках релятивистской механики.

В современном представлении - спин это просто состояние частицы, которое наглядно представить себе нельзя, потому что нельзя провести аналогии. Вращение - ближайший аналог из макромира, понятный нам.
При квантовании всплывают интересные свойства. Если спин тоже передается квантами, то квант всегда целый. Значит, частицу со спином 1/2 остановить нельзя :)... Потому что сколько не передавай ей квантов спина, всегда останется 1/2. Ведь 1/2+1 = 1 и 1/2. Ну а 1/2 - 1 = -1/2.
Если вам интересно порассуждать ещё и на тему квантовых свойств спина, то пишите в комментах

Пожалуйста, подпишитесь и обязательно возвращайтесь за новым контентом на проект! Возврат подписчика сейчас очень важен для существования канала! Виноват ДЗЕН...

Присоединяйся к моей телеге и читайте лучшее на бусти проекта!

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Тайны числа α ≈ 1/137 и числа Скьюза

24 июля 2022
1,4K прочитали








В данной статье речь идет, по сути дела, о структуре пространства-времени Вселенной

Постоянная тонкой структуры (α = 0,0072973… ≈ 1/137) – самая загадочная физическая константа, и она не имеет размерности в отличие от других фундаментальных констант физики. В теории электрослабого взаимодействия показано, что значение α (сила электромагнитного взаимодействия) зависит от характерной энергии рассматриваемого процесса. Утверждается, что α логарифмически растёт с увеличением энергии. Наблюдаемое значение α ≈ 1/137 верно при энергиях порядка массы электрона (т.е. при нулевой энергии). Характерная энергия не может принимать более низкие значения, так как электрон обладает самой маленькой массой среди заряженных частиц.
Немецкий физик-теоретик и математик, один из создателей квантовой механики, лауреат Нобелевской премии по физике Макс Борн (1882 – 1970) всю жизнь пытался разгадать тайну α и сказал об этом такие слова: «Более совершенная теория должна была бы вывести число α с помощью чисто математических рассуждений, не ссылаясь на результаты измерений». «Ясно, что объяснение числа α есть одна из центральных проблем естествознания».
В наше время главным доказательством пророчества Макса Борна является богатейший по содержанию веб-сайт «Архив теории чисел и физики»
, который с 1995 года создавался (собирался из множества научных статей ученых всего мира) английским математиком Мэтью Р. Уоткинсом (род. 11.06.1970 в Лондоне). Однако для «широкой публики» указанный «Архив», вероятно, слишком сложный. И в этом отношении предлагаемая ниже статья (в рамках числофизики автора) будет понятна даже старшеклассникам, и она также приводит нас к мысли о загадочной связи фундаментальной физики и теории чисел (весьма сложный раздел высшей математики).
Ещё с 1998 года автор не раз пытался обнаружить в мире простых чисел (из которых строятся все натуральные числа: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, …) число α = 0,0072973… ≈ 1/137. См. выше ссылку "Архив...".

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/Y0Kwk3-AyR6snayh
Гравитон. Частица, которой нет

13 октября 2022
5,2K прочитали









Гравитация — одна из четырех фундаментальных сил Вселенной. Без нее не было бы ни звезд, ни планет, ни людей, ни котиков. Поэтому люди очень хотят узнать о гравитации всё.
Исаак Ньютон первым нашел математическое описание гравитации. А Альберт Эйнштейн, создатель общей теорией относительности, полностью изменил понимание того, как она работает. Однако это не означает, что наука полностью понимает ее природу. Все, что мы можем – это достаточно точно описать движение небесных тел. Эти знания позволяют, например, космическим зондам попадать на поверхность Марса с удивительной точностью. Мы предсказываем солнечные затмения с точностью до секунды. Но не более того.
Неуловимый гравитон

С гравитацией связана одна очень серьезная фундаментальная проблема. И эта проблема называется гравитон. Это калибровочный бозон, описываемый квантовой теории гравитации. Это звучит очень сложно. И это правда очень сложно. Но давайте попробуем разобраться в этом вопросе.
Начнем с простого. С калибровочного бозона. Так ученые называют частицы, передающие фундаментальные взаимодействия. Фотон, например, является калибровочным бозоном, передающим электромагнитное взаимодействие. А еще есть W- и Z-бозоны и глюоны.
Чтобы понять, как работают калибровочные бозоны, нужно понимать, что такое квантовые поля. «Нормальные» поля легко представить. Например, магнитные. Их даже можно сделать «видимыми», как все мы, наверное, делали на уроке физики. Если не делали, то это происходит так: разбросайте железные опилки рядом с магнитом. И увидите, как они выстраиваются вдоль структур, называемых «линиями магнитного поля».
В общем случае поле есть не что иное, как описание пространственного распределения физической величины. Магнитное поле говорит нам, насколько сильна магнитная сила в определенных точках пространства.
Электромагнетизм — это то, с чем мы постоянно сталкиваемся в повседневной жизни. Свет — это электромагнитная волна. Теория, с помощью которой мы описываем свет или электромагнетизм, — это квантовая теория поля. И важным словом здесь является «квант».
Советуем почитать Гипотеза фантомного времени. Мы живем в 18 веке?
Великий Макс Планк в 1900 году сделал удивительное открытие. Ученый обнаружил, что энергия, содержащаяся в электромагнитной волне, не может делиться произвольными «порциями». И что существуют мельчайшие единицы энергии – кванты. И меньше энергии, чем в кванте, быть не может!
Четыре силы Вселенной

Однако электромагнетизм — лишь одна из четырех основных сил Вселенной. Потому что еще есть силы, формирующие природу внутренней части атомных ядер. Это сильные и слабые ядерные взаимодействия. Они также описываются квантовыми полями. И здесь тоже есть калибровочные бозоны, передающие эту силу. В случае сильного ядерного взаимодействия это так называемые вышеупомянутые «глюоны». В случае слабого ядерного взаимодействия — частицы, называемые «W-бозон» и «Z-бозон».
И если мы описываем гравитационную силу как квантовое поле, то здесь нам также будет необходим подходящий квант поля.
Вот здесь нас и поджидает проблема. Потому что у науки нет не только доказательств существования гравитона. У нее нет даже квантово-механического описания самой гравитации!
С тремя другими фундаментальными силами это удалось сделать за последние несколько десятилетий. Но гравитация упорно отказывается быть описанной квантовой механикой!
Нужно признать, что общая теория относительности Альберта Эйнштейна, которая уже более 100 лет чрезвычайно успешно описывает гравитацию, — странная теория. Гравитация в ней описывается не как классическая сила, а как свойство самого пространства-времени. Согласно её постулатам, масса его искривляет. И когда другие массы движутся сквозь пространство-время, их движение следует этим искривлениям. Мы это видим. И воспринимаем как действие силы, действующей между этими массами.
Описание работы гравитации таким образом было гениальной идеей Альберта Эйнштейна. Но поскольку гравитация сильно отличается от того, что мы обычно называем «силой», ее очень трудно вписать в квантово-механическую схему.
Советуем почитать Резонанс Шумана. Пульс Матери-Земли
Два брата?

На сегодняшний день учёным не удалось квантовать гравитацию. Они не могут описать ее с помощью теории, работающей с квантовыми полями и полевыми квантами.
Всё, что удалось установить – гравитон должен быть частицей с нулевой массой покоя. Такой же, как у фотонов. Это следует из того, что гравитация, как и электромагнетизм, действует бесконечно далеко. Две ядерные силы имеют ограниченную дальность действия. Потому что их калибровочные бозоны представляют собой частицы, имеющие массы.
Также установлено, что сила гравитации, как и электромагнетизм, распространяется со скоростью света. Значит гравитоны, как и фотоны, не могут иметь массу. Потому что в противном случае они не могли бы двигаться со скоростью света.
Так что фотон и гравитон должны быть очень похожи. Но в тоже время они должны быть разными. Потому что электромагнетизм можно экранировать. А вот гравитация работает ВСЕГДА. Не существует никакого гравитационного щита. Нельзя просто положить что-то куда-то и заблокировать гравитацию. Кроме того, не существует отрицательной гравитации, которая могла бы уравновесить положительную гравитацию.
Итак, мы немного знаем о том, как должны выглядеть гравитоны. Но если у нас нет квантовой теории гравитации, это ни к чему нас не приведет. Так же не очень помогает и создание каких-либо детекторов для обнаружения этих частиц. Гравитация — чрезвычайно слабая сила. Простой пример: обыкновенный магнит на холодильнике спокойно удерживает лист бумаги от падения. А ведь вся Земля притягивает его своей огромной массой!
Поймать невидимку

Применительно к калибровочным бозонам это означает: гравитон очень слабо взаимодействует с материей. Можно построить гравитонный детектор размером с Юпитер, и поместить его рядом с чрезвычайно сильным гравитационным источником, скажем, нейтронной звездой. И даже если бы детектор был абсолютно эффективным, в лучшем случае можно было бы обнаружить один гравитон за несколько десятилетий!
Советуем почитать Галактика Андромеды: новый сюрприз
В лучшем случае мы можем попытаться косвенно узнать немного больше об этих частицах. Да, мы пока не можем их обнаружить. Но мы могли бы доказать их существование, если гравитон имеет хоть какую-то массу. Тогда, например, гравитационные волны, должны были бы двигаться чуть-чуть медленнее света.
Гравитационные волны впервые были зафиксированы в 2015 году. Но до сих пор учёные не обнаружили ничего, что указывало бы на то, что они двигаются медленнее света. Также можно определить, имеет ли гравитон массу, наблюдая за движением звезд в галактиках.
Но даже в этом случае мы узнаем ненамного больше. Просто станет понятно, что значительная часть современных представлений о мире элементарных частиц нуждается в корректировке. Хотя это очевидно уже и так. Потому что иначе наука уже давно бы разработала квантовую теорию гравитации. И, вероятно, только в этом случае мы сможем по-настоящему понять, что такое гравитон.
Или что его вообще не существует.
Эта статья впервые была опубликована здесь.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=V63UrLL7Avs

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=_J-cklv-t8c

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=O13X4PM1FPo

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZZ0ViXkkWz2kMBuY
Что «бежит» по нервам? Или что такое вибрация?

9 января
784 прочитали

Дорогой заинтересованный искатель, где-то мы для себя уже ответили на вопрос: что такое информация, а также подумали над тем, что есть сознание. Получилось так, что многое здесь связно с вибрациями. И давайте сейчас чуть конкретнее, что такое вибрация? Нет, конечно, понятно, мы говорим о колебаниях, но колебания - это ведь и энергия, и информация! А в чём разница? Хотелось бы уточнений по данному поводу. Дело в том, что нам надобно представить, что именно передаётся по нервному волокну, энергия или всё-таки информация. А может быть импульс?

Ну, как водится, вначале имеет смысл немного повторить ранее сказанное. Помните, возможно, в информационном плане атому материи соответствует бит информации? Где атом, как ему полагается по статусу, является информационным носителем. Ага, и в настоящее время учёные умудрились записать на один атом (химический атом) как раз 1 бит информации, причём эта запись осуществлялась электрическими импульсами. Сразу же, что такое электрический импульс? Что такое вообще импульс?
В науке утверждается, что импульс, по сути, - количество движения. Ещё импульс - это удар или толчок. Но импульс с точки зрения волнового процесса понимается как однократное возмущение, которое может распространяться в среде. Вибрация? Насколько мы поняли, импульс (например, звуковой) представляет собой повышение давления (которое развивается внезапно и быстро), в свою очередь это обстоятельство становится причиной распространения от места возмущения волны кратковременного повышения давления. Между тем, существуют, так называемые, импульсные вибрации, «состоящие из одного или нескольких вибрационных воздействий (например, ударов), каждый длительностью менее 1 с.».[1]
Что ещё сказать? Если мы имеем дело с электромагнитной волной, то это подразумевает, что данная волна является переносчиком энергии, но импульс также переносится вместе с волной. Кроме того, можно процитировать следующее: «Поглощаясь каким-либо телом, электромагнитная волна сообщает этому телу некоторый импульс, т.е. оказывает на него давление». Выходит, давление волны есть импульс? Ведь именно под воздействием электромагнитной волны тело приобретает импульс. Почему? Нам объясняют так, электромагнитная волна переносит, как энергию, так и импульс. А информацию то она переносит? Скорее, да, если говорить о вибрации.
Теперь, что касается колебаний, «вынужденными колебаниями называют такие колебания, которые возникают в системе при действии на неё внешней вынуждающей периодически изменяющейся силы, называемой вынуждающей. Вынуждающая сила может носить характер толчков или коротких импульсов».[2] А эта сила не есть случайно вибрация? Давайте так, «если в некоторой области упругой среды возникают колебания (или иные возмущения), они начинают распространяться в пространстве. Этот процесс называется упругой волной. При этом происходит перенос энергии и импульса частиц среды, но сами частицы не перемещаются в пространстве - они колеблются относительно своих положений равновесия».[3] Дальше, по всей видимости, стоит разобраться с тем, что есть удар или же толчок.
В общем и целом, удар - это толчок и есть. При ударе тела кратковременно взаимодействуют друг с другом, при этом между ними перераспределяется энергия (движущихся тел). Ну и понятно, что тела также деформируются, а частицы при соударении оказывают давление. Интересно же следующее, понятие «толчок» вполне себе соответствует понятию «вибрация». Если так, то вибрация - это импульс, а импульс есть вибрация. Почему? Да просто в упругой среде развивается ответная реакция на толчок (удар). И, как правило, именно ответная реакция чаще всего регистрируется нами при воздействии толчка. Но! При определённых условиях толчок из обычной регистрации контакта «перерастает» в передачу информации! Это как? Потому что, как импульс, так и информация - всё есть вибрация материи.
Импульс - это возмущение, иными словами вибрация. Между прочим, как таковое возмущение где-то сродни раздражению. А это ещё зачем? Мы вот про что: «Проникая своими волокнами во все органы и ткани, нервная система интегрирует отдельные части в целостный организм. Нервная система - это совокупность структурных элементов, которые служат для: восприятия раздражений (получения информации из внешней и внутренней среды); проведения и обработки возбуждений; формирования ответных реакций».[4] Импульс - это своего рода однократное раздражение чувствительных нервных окончаний? Условно говоря, одно колебание? В то же время смотрим, «нейроны восприимчивы к раздражению, т.е. способны возбуждаться и передавать электрические импульсы».[5] Да, что такое нервный импульс? В физиологии нервный импульс есть потенциал действия.
Вообще под нервным импульсом понимают волну возбуждения, распространяющуюся по нервам в виде потенциала действия. Это что такое? «Потенциал действия - это комплекс быстрых, кратковременных электрических колебаний, для регистрации которого нужен катодный осциллограф и широкополосный усилитель».[6] Ну, пока вдаваться в детали не будем, похоже, тоже речь идёт о вибрации. Между тем, с электрическим импульсом соотносят, бывает, всплеск электрического напряжения между точками электрического поля. Это к тому, что нервная ткань как бы окружена, по всей видимости, как раз электрическим полем. И возмущение электрического поля - это импульс (если он распространяется, то является волной).
Таким образом, можно сказать так, наши органы чувств воспринимают вибрацию, то есть, настроены на ту или иную вибрационную частоту. Поэтому мы ориентируемся в окружающей среде, познаём мир. И на первом этапе объективного познания мира производится именно регистрация вибрации. А что это такое? Друзья, это не сигнал? Но почему всё так примерно происходит? Дело в том, что в окружающем нас мире вибрирует материя! А мы воспринимаем волны, как следствие данной вибрации. Поэтому соответствующее давление волны регистрируется рецепторами как возмущение, которое превращается уже в нервный импульс.
Нервный импульс - это та же самая вибрация, которая благодаря «электрическому посреднику» (мозгу) перерабатывается в информацию. «Анализатором называют часть нервной системы, состоящую из воспринимающих элементов (рецепторов, воспринимающих стимулы из внешней и внутренней среды), нервных путей, передающих информацию от рецепторов в мозг, и тех частей мозга, которые перерабатывают эту информацию».[7] Толчок, удар, импульс, стимул, - по-разному можно назвать воздействие, способное вызвать ответную реакцию нервной клетки. В любом случае мы будем иметь дело опять-таки с вибрацией. Электрический сигнал - это также форма колебаний. К тому же вибрация - это информация, а восприятие информации можно считать сознанием.
Хорошо, мы немного приняли во внимание, что такое вибрация. Но нам ещё предстоит щепетильным образом исследовать физиологию нервной системы. Сейчас пока приостановимся, но укажем, что вибрация - это также импульс. Особо подчеркнём это! По крайней мере, допустимо и так рассматривать. Следовательно, нервная система находится постоянно «под напряжением» электрического поля, а это совсем другая познавательная «история». Да, основательные выводы делать рано, никаких умопомрачительных заключений предлагать не станем, продолжим изучение человека.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/YeZlTGwjvxxV4dmO
Самое неточное понятие в физике

4,8K прочтений
18 января 2022


Термин энтропия встречается в физической теории довольно часто. Он участвует в описании множества законов и явлений.



Энтропия

Хотелось бы сказать, что "а давайте в простой форме распишем, что же такое энтропия", но спешу обозначить важный момент - мы имеем дело с одним из самых сложных понятий современной физики. Даже ученые до конца не понимают, что же такое энтропия и почему она так себя ведёт.
Что такое энтропия

Начнем с самого определения. Оно очень простое.

Энтропия - это мера неупорядоченности рассматриваемой системы.

Вот только за простым определением скрывается ряд сложностей. Согласитесь, "мера неупорядоченности" - очень размытое понятие. Неупорядоченности структуры вещества? Его состояния? Его состава? Или неупорядоченности чего?
Правильнее говорить, что это степень нашего не знания или количество неизвестной о системе информации.
Поэтому, термин энтропия используют в физике и естественных науках гораздо в более широком смысле.

На практике уместно мерой энтропии называть количество неизвестных.

Получается, что это не свойство самой системы, а характеристика нашего метода описания или исследования системы.


Энтропия газа больше, чем у твердого тела

Если структура металла - это свойство самого металла, то повышение энтропии газа хоть и может быть физически отнесено к самому газу (да, мера беспорядка в нем и правда всегда растёт), но чаще в широком смысле понимается как "мы нифига про этот газ до конца не знаем".
Пример применения понятия энтропия на акциях и морковке

Простой пример энтропии.
Мы знаем, что где-то в гипермаркете лежит морковь. Энтропия такой системы крайне высокая. Ведь зал там большой и морковь лежит не ясно где. Её могли переложить и т.п. Ещё и условия могут меняться. Теперь повторим пример и скажем, что в специализированном магазине моркови продаётся морковь. Энтропия понизилась. Ведь в магазине моркови продаётся только морковь и мы гарантированно сразу её найдем, если посетим такой магазин. Энтропия равна нулю. Ну а чтобы энтропия в этом примере возросла, нам нужно в такой магазин моркови поставить на витрину ещё свеклу.
Но вы можете справедливо спросить, а как это относится к физике и естественным наукам?
Приведем пример и тут. Очень хорошо подходит рынок акций, популярный в последнее время.
Мы хотим вложить денежку и получить профит на росте. Нужно купить акцию. Но мы не знаем, какую акцию купить, потому что мы впервые на этом рынке и не знаем ничего ни про сами акции, ни про специфику, не про каждого игрока рынка. Энтропия рынка акций для новичка стремится к бесконечности. Начинаем изучение рынка акций и выявим, что стоимость русских акций сильно завязана на курс доллара и стоимость нефти. Получаем, что степень энтропии для нас понизилась. Система осталась той же, а степень энтропии понизилась. Всё потому, что мы научились анализировать три параметра дополнительно. Теперь посмотрим, как на курс акций влияют сообщения из СМИ об отрасли и увидим ещё одну связь. Опять понизили степень энтропии системы.
Глубина термина энтропия в физике и естественных науках

Теперь перенесем эту логику на физику. Она прекрасно ложится на процесс познания природы и исследований.
Скажем, ученые выяснили, что материал состоит из атомов и молекул. На ранних стадиях развития понятно, что наука пока не может сказать, из чего именно материал состоит. Ведь атомы и молекулы делятся на другие, более мелкие частицы. Энтропия такой системы огромна. Но, построив коллайдер, ученые узнали, что есть ещё и кварки. Из них состоит ядро атома. Степень энтропии понизилась. Мы знаем о системе больше.
Наша цель - уменьшить энтропию системы, то есть описать её полностью и выявить влияющие на процессы характеристики самой системы. В начале исследований мы обычно не знаем ни количество таких характеристик, ни количество вариантов их описания.
Дальше вспомним этакий второй закон термодинамики. Именно при его изучении впервые всплывает энтропия.
Если изложить второй закон термодинамики доступно, то получится: энтропия системы всегда растёт. Это закон природы. Почему так? Примерно по тому же, почему и есть стрела времени.
Это верно и с физической, и с аналитической точки зрения. Если запустить в комнату относительно упорядоченный газ (допущение, не больше), то он очень быстро станет неупорядоченным. Именно понимание этого принципа мешает сделать вечный двигатель.


Энтропия термодинамической системы

Ведь для его вечности, нужно взять и уменьшить энтропию системы в подходящий момент. И тут напрашивается поработать демон Максвелла, но о нём как-нибудь в другой раз.
Полное осознание энтропии

Итак, студенты или школьники скажут - энтропия газа при переходе из одного сосуда в другой возросла. Физически это правильно характеризует процесс. Степень беспорядка в новом состоянии выше. Но вот только и студенты, и школьники будут ориентироваться на определение, что энтропия=степень беспорядка. Физического беспорядка. При этом более глубокий смысл никто в это не вкладывает.
Исходя из написанного ранее, правильно будет описать повышение энтропии газа из примера так:
Энтропия газа возросла. Это подразумевает, что увеличилась как физическая неупорядоченность частиц этого газа, так и уменьшилось количество наших знаний об этой системе (нельзя предсказать местоположение частицы, а может быть и какой-то параметр, который пока ещё не открыли). Именно в этом сложность понятия энтропия и оно далеко не линейно.
------------
Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.
-------------
Советую также прочитать на нашем канале:

• Есть ли что-то между атомами?
• Наука пока не знает, из чего состоит вещество?
• Какое вещество самое тяжелое?

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/Zfk4zUrU_zvInbmK?from_site=mail
Как теорема Пуанкаре о рекуррентности объясняет бесконечность Вселенной?



Представьте себе мячик, прыгающий в коробке. Положение и скорость мяча в любой момент времени определяют его состояние. Динамическая система отслеживает, как это состояние изменяется с течением времени.



Мячик прыгает

Для описания поведения таких систем используется теорема Пуанкаре о рекуррентности. Примерс мячиками содержит несколько сущностей, которые можно задать в виде математических моделей и составить уравнение их поведения.

Теорема Пуанкаре о рекуррентности утверждает, что для некоторых хорошо функционирующих динамических систем при наличии достаточного времени система обязательно вернется сколь угодно близко (для непрерывных систем) или точно к (для дискретных систем) к своему начальному состоянию.

При этом утверждается, что рецидив обязательно будет, хотя время, которое это займет (время повторения цикла), может быть невообразимо долгим.
Теорема предполагает, что даже очень сложные системы могут возвращаться к прошлым состояниям, потенциально демонстрируя повторяющиеся паттерны в течение невероятно долгих временных масштабов. Это может быть полезно для понимания долгосрочного поведения таких вещей, как движение планет или погодные условия.




Цикличность времени. При этом понятно слово бесконечность

Собственно, на эту же логику можно ссылаться, если обсуждать такие процессы, как формирование Вселенной в результате Большого взрыва. Среди ученых витает идея, что это циклический процесс, который повторяется с некоторой периодичностью времени. Обозначенная Пуанкаре математическая модель позволяет говорить о том, что в самой природе заложена эта цикличность. Ведь мы уже обсуждали в этом ролике, что математика не существует отдельно от системы.
Многие полагают, что законы математики оторваны от действительности. Но на самом деле каждое уравнение стремится описать закономерность. Поэтому, цикличность может оказаться впоне себе реальным явлением.
Некоторые утверждают, что теорема Пуанкаре, по-видимому, противоречит второму закону термодинамики, который гласит, что в замкнутой системе энтропия (мера беспорядка) может только увеличиваться со временем.

Как система может вернуться к определенному состоянию, если общий беспорядок постоянно нарастает?

Бесконечность лабораторная

Есть несколько ключевых моментов, чтобы разрешить это кажущееся противоречие:

• Теорема о рекуррентности применима к изолированным системам, что означает, что они не обмениваются энергией или веществом с окружающей средой. Системы реального мира, такие как Земля, постоянно обмениваются энергией, что делает теорему менее применимой.
• Теорема о рекуррентности имеет дело с точным состоянием системы, которое включает в себя положение и импульс каждой частицы. На практике нас интересуют только макроскопические свойства, такие как температура или давление. Даже если микроскопическое состояние повторяется, макроскопическое состояние может выглядеть совсем по-другому из-за огромного количества вовлеченных частиц.
• Время повторения может быть астрономически большим. Например, для того, чтобы молекула газа в коробке вернулась в свое начальное состояние, может потребоваться время, значительно превышающее возраст Вселенной. Никто не знает, как повела бы себя энтропия на таких временных интервалах.

"Повторение" не нарушает второй закон. Теорема лишь описывает теоретическую возможность в изолированных системах, но на практических временных масштабах и при макроскопических наблюдениях доминирует общая тенденция к нарастанию беспорядка. На больших интервалах это может оказаться совсем не так, но проверить это пока невозможно. Нужно лишь исходить из того, что локальные участки могут действительно содержать некоторые физические законы, которые отличаются от глобальных для всей системы.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZfK0AdAUlVfdyFBL?from_site=mail
Поля - это параметры, а свет - лишь энергия. Что вам ТОЧНО не рассказывали про уравнения Максвелла?

https://dzen.ru/video/watch/6609775d32892732cf3d6130





Вы наверняка слышали про уравнения Максвелла, если изучали школьный курс физики. Вот только вся ценность этой системы уравнений в учебниках обычно не описывается и кажется, что это очередная скучная тема про какого-то бородатого дядьку в пиджаке.
Однако, роль Максвелла для всей физики значительно более значима, чем кажется после прочтения параграфа учебника. Почему-то кого не спроси, все знают, что Эйнштейн разработал теорию относительности. А вот что сделал он это, опираясь на наработки Максвелла, знают очень немногие. Да и в учебниках это не отмечено. Недостатчные знания приводят ещё и к тому, что кажется поверхностность Эйнштейна и использование результатов с потолка. Но! До него был Максвелл.


Тут хорошо подходит стиль мира из фильма Трон

Максвелл не только выполнил роль Ньютона в области электродинамики, объединив и причесав представления того времени, но ещё и сформулировал принципиально новые взгляды на физику множества сущностей, которые в итоге стали базой для формирования знаменитой теории относительность и осознания, что свет есть энергия. Более того, представления о существовании полей и их взаимодействия во многом легли в основу относительно современной логики двухслойной структуры мира и тсали настоящей революцией.
Кстати, сам Максвелл известен множеством научных физических работ. Например, он же стал автором концепции демона Максвелла, сформулировав парадокс, который ставит в тупик до сих пор. Но всё-таки...Давайте про уравнения.
Откуда появились уравнения Максвелла?

Итак, примерно в 1820-х годах в физике начали происходить интересные открытия.
Эрстед на тот момент обнаружил, что гальванический ток, проходя через провод, провоцирует отклонение магнитной стрелки компаса. В том же году было экспериментально получено выражение для порождаемой током магнитной индукции, что позже вошло в историю как закон Био-Савара.
В 1831 году Фарадей открыл обратное явление. Перемещающийся около проводника магнит порождает в нем электрический ток. Это явление ученый назвал электромагнитной индукцией. Более того, Фарадей сформулировал множество полезных постулатов, которые стали базой для современного представления. Скажем, силовые линии магнитного поля предлагал именно Фарадей.


Как всё это увязать...

Здесь же существовали уже относительно привычные концепции про взаимодействия Кулона и поведение проводников тока, описанных Ампером.
Естественно, на тот момент существовало множество гипотез и представлений, которые конкурировали друг с другом. Физики уже примерно представляли, что существует электрический ток, что есть некоторые поля и что всё это как-то связано друг с другом. Было базовое понимание и волновой физики. Но представления все были настолько разобщены, что не совсем было ясно, как всё это использовать на практике и какой вывод сделать. Собственно, примерно в таких же условиях когда-то оказался Ньютон с механикой, имея возможность опираться только на некоторые обрывки знаний.
В случае с Максвеллом было также. Например, труды Фарадея представляли собой некоторый набор тезисов. Какие-то закономерности были зафиксированы, но не проработаны.
Про роль математики тут важно сказать отдельно.
У физиков в 1850-х годах инструментарий был более, чем скудный. Чаще всего все базовые вещи базировались на математическом пересчёте и прогнозировании, где за основу брали небольшое количество численных экспериментов и искали зависимости. Максвелл при этом обладал великолепными математическими способностями и прекрасно пользовался дифференциальными и интегральными вычислениями.
Он решил, что было бы неплохо "обсчитать" работы Фарадея, а заодно прилепить к ним существующие представления о волновой природе электрического тока и приправить всё это пониманием физики полей с их взаимодействиями.
Проведя анализ известных экспериментов и имеющихся закономерностей, Максвелл получил систему уравнений для магнитного и электрического полей. Эти уравнения стали настоящей священной книгой для науки того времени. Ну а сам Максвелл позже вывел на их базе несколько важнейших тезисов. К слову, некоторые любители популярной науки часто ругают Максвелла и обзывают математическим физиком. Но всё это бредни - проверенная теория есть хорошо.
Особая ценность уравнений

И тут важно не упустить один важный, но значимый момент. Уравнения Максвелла - это конечно хорошо. Обобщение знаний - тоже неплохо. Но зачем Максвелл в это вооще полез?


Сам Максвелл

Всё невероятно интересно. На тот момент уже было некоторое понимание, что взаимодейстивя между, например, зарядами, передаются посредством поля. Вот только как это происходит? Да и чем само поле является?
Большинство ученых тоговренмени пыталось приделать к осмыслению поля гипотезу механики. Собственно, я сам, как наверное и вы, всегда опираясь на постулаты классической физики и размышляю категориями привычной механики. Так всё проще и линейно. Но...Не правильно!
Физики изначально предполагали, что в поле взаимодействие передается посредством некоторых скрытых механизмов, которые работают по классической технологии. Примерно как шестерни в зацеплении. Максвелл изначально перенял эту логику. Будучи блестящим математиком, он составил описания множества предполагаемых процессов, которые наблюдаются в полях. Логика строилась примерно на том же, что была у Ньютона - шестерни, сталкивающиеся корпускулы и прочие радости.

Но в результате осмысления своих же наработко Максвелл понял, что тут есть какая-то интересная закономерность и что если применить к имеющимся уже законам и своим работам дифференциальное и интегральное исчисления, получится принципиально новый подход.

В общем-то, так и получилось. На свет родились знаменитые уравнения, которые ещё и переформировали физическое восприятие действительности. Стоит ли говорить, что большинство ученых мужей тогда не очень обрадовалось такому сценарию и противились логике Максвелла. Механика привлекала всех куда больше. Подход великого физика был воистину оправдан только новым поколением ученых - Эйнштейном, Герцем и другими. Но изучаем по порядку.
Уравнения Максвелла просто



Вы наверняка считаете, что уравнений Максвелла четыре. Но на самом деле это не совсем так. В статье "Общие уравнения электромагнитного поля", Максвелл сформулировал двадцать уравнений, которые впоследствии стали известны как уравнения Максвелла.

Позже этот термин стал применяться вместо этого к векторизованному набору из четырех уравнений, выбранных в 1884 году, которые все появились в статье 1861 года "О физических силовых линиях".

Давайте опишем физический смысл получившихся четырех уравнений.
И вот тут меня просили расписать уравнения Максвелла без использования высшей математики. Что же попробуем просто раскрыть смысл, как это говорится, на пальцах. Из математики оставим ряд понятий. Отмечу, чторасписать это без математики невозможно.

Максвелл именно и сделал то, что используя высшую математику, раскрыл логику основ теории, а заодно натолкнулся на ряд интереснейших выводов. Поэтому, эту статью всопринимаем как ликбез.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Базовые понятия физики

Что такое электрический ток и заряд в классической физике вы наверняка помните, что существует электрическое и магнитное поле - скорее всего тоже. На момент работы Максвелла было уже ясно, что электрическое поле связаны с магнитным, но не ясно как. Природа поля тоже была не ясна.
В вакууме электромагнитное поле характеризуется напряженноcтью электрического поля Е и магнитной индукцией В. Магнитная индукция - это силовая характеристика магнитного поля и косвенно подразумевает, что магнитное поле именно настолько сильно действует на объект.


Связь E и B

Слово индукция - это не какой-нибудь осьминог с щупальцами. Индукция в науке - это мост, который связывает наблюдения и теоретические закономерности. То есть магнитная индукция - это связь влияния поя на рассматриваемый объект. Не более. Не нужнонаделять каждый термин физической сущностью. Это, на удвиление, частое явление.
Всё это происходит в пространстве и даже во времени, поэтому мы будем связаны с пространственными координатами r и временем t. Распределение в пространстве, которое описывается величинами r и t, определяет ещё и силы, которые действуют на заряды со стороны поля. Это, вроде как, вполне логично.
Для описания электромагнитных процессов в среде кроме вектора напряженности электрического поля E и вектора магнитной индукции B, вводятся вспомогательные векторы. Эти векторы зависят от состояния и свойств среды - электрическая индукция D и напряженность магнитного поля Н.
Распределение плотности зарядов и токов, дуаю, расписвать не нужно? Кажется вполне логичная штука.

Уравнения Максвелла определяют основные характеристики электромагнитного поля (E,B,D,Н) как функции координат и времени r, t, если известны распределения зарядов q и токов j в пространстве и их изменение во времени.

Уравнения Максвелла могут быть записаны в дифференциальной и интегральной формах. Технически это не меняет ничего. Но на практике означает разные взгляды на теорию. Скорее значимо для филоофии.
В уравнениях Максвелла отсутствую параметры среды, поэтому априори принимается, что все закономерности справеливы для некоторог усредненного поля без резких колебаний. Сами же основные уравнения нужно дполнять уравнениями среды. Диэлектрическая проницаемость и прочее.
Ещё часто когда человек ищет смысл уравнений Максвелла, он потом жалуется, что там какие-то непонятные треугольнички и гуси с кружочками. Всё это элементы высшей математики. Я даже не представляю,как этоможно упростить. Мне видится, что сами уравнения в полном объеме следует этак полгодика изучать. Но попоробуем, как обычно. взять суть.
База из математики

Треугольничек - это оператор набла. Мутирует или в дивергенцию или в ротор.
Дивергенция поля (расхождение) - это степень, в которой поток векторного поля ведет себя подобно источнику в конкретной точке. Так называется математический элемент дифференциального вычисления, который можно посчитать. Представьте, что из крана льется вода. Чем больше диаметр носика крана и напор в трубе, тем большим будет поток воды через поверхность излива крана. Вроде как...Всё просто. Помните магнитный поток? Где на картинке векторы пронизывают замкнутую поверхность.


Дивергенция

Ещё есть ротор векторного поля. Показывает, насколько и в каком направлении закручено поле в каждой точке. Читайте как "смешивание путем вращения". Вернемся опять к воде. Так выглядит сумма векторов скоростей частиц воды, которые вращаются вокруг сливного отверстия в сужающейся воронке.


Ротор

Ну и гусь с кружочком - это интеграл по замкнутому контору. Грубо говоря - сумма всех значений в области. Гусь будет там, где нет дивергенции.
Точка и крестик - тоже разные элементы :)...
Ах да, ещё кое-что.
Дифференциальное исчисление - это разбиение на фрагменты. Интегрирование - это суммирование. Но давайте всё-таки попробуем все эти сложности отодвинуть и найти физику уравнений. О чем эти страшные записи говорят?
Сразу скажу - проблема в том, что в 9 классе или где там проходят сейчас основы электродинамики, в учебнике оставили кусок, который выдернули из огромного блока знаний. Поэтому, в полном объеме разобрать детально каждое уравнение просто невозможно. Понять в итоге тоже. Но наверное, поскольку это общий курс для всех, это имеет некоторый смысл. Но я бы тогда убрал и все математические элементы, оставив только физическую суть.
В общем-то, так я и поступлю.


Сами уравнения

Физический смысл каждого уравнения Максвелла

Первое уравнение описывает, на самом деле, очень простое явление: электрический заряд порождает электрическое поле. И только сейчас нам это кажется очевидным. Важно ведь, что появилась количественная характеристика. Теперь очевидно, что чем бльше зарядов тем мощнее поле.


Второе уравнение рассказывает о важнейшей вещи, благодаря чему работает, например фонарик без аккумулятора и батарейки: изменяющееся магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Более того, описана математическаская связь и по выведенным уравнениям можо всё рассчитать.


Третье уравнение рассказывает о забавной вещи - магнитных монополей нет: магнитных зарядов не существует. Это отличает их от электрических зарядов. Это значит, что магнитное поле не должно квантоваться.


И вот тут стоило бы все переживания Эйнштейна о пространстве вспомнить. Другими словами...Если у вас есть компот, в котором плавает очевидная вишня, то понятно,почему у отвара есть вкус. А если вишня не плавает, то как так вышло. Если есть частицы, то они образуют поле со свойствами....А если их нет...То это математическая модель, которая является не ясно чем.
Четвертое уравнение в общем-то попороще: электрический ток и изменение электрической индукции порождают вихревое магнитное поле. Ну все ведь видели бочки-фильтры на проводах? Это чтобы магнитные поля не создавали помех, а поля появляются вокруг движущегося заряда.


Ценность уравнений для электродинамики и что из них следует

Ценность всех этих выводов оценить сложно. Они бесценны. Идеи Максвелла во многом превзошли физические знания его эпохи. Мысли эти плохо принимались и активно критиковались. Но зато стали благодатной почвой для развития идей Эйнштейна.
Наверное очевидно, что появился инструмент количественной оценки того или иного явления и установленна реальна связь между полями, зарядами и связи заряда с полем. Это можно рассчитать и использовать. По записям ученых, сотоящим из обрывков. сделать это было невозможно, а тем более невозможно было описать все взаимосвязи.
Из уравнений Максвелла следовала нерушимая ныне аксиома про скорость света и его природу. Именно тогда, вычисляя скорость распространения электромагнитных волн в среде, Максвелл обнаружил, что значение похоже на вычисленную недавно экспериментальным путем скорость света. В статье "Динамическая теория электромагнитного поля" Максвелл выводит уравнение электромагнитной волны со скоростью света в тесном согласии с измерениями, сделанными экспериментально, и делает вывод, что свет - это электромагнитная волна. Это подкрепляется и системой знаменитых уравнений.
Максвелл отметил и ещё кое-что - свет есть энергия, которая распространяется в определенной форме. Идею важности скорости света и описывание всего, как энергии, позже использовал Эйнштейн и увязал через это явление пространство и время. Об этом у меня был материал. Фактически свет - это всё. Ведь согласно Эйнштейну эенргия эквивалентна массе.
Максвелла можно считать ещё и этаким полевым революционером. Понятие поля было трудно осознать физикам того времени, потому что поля неосязаемы. Ученые пытались представить поля как механические структуры, состоящие из множества вихрей, простирающихся в пространстве. Эти структуры должны были переносить колебания, которые электрические и магнитные поля передавали между электрическими зарядами и токами.


Примерно так удалось в итоге изображать поля. Но это не физическая сущность

Максвелл изначально попробовал описать все эти взаимодействия механически и получилась невероятная страшная машина. Он сам в ней потерялся. Но стоило придать полям свойства и оттолкнуться от них, природа самих механизмов уже не имела никакого значения. Поле стало математической моделью. Сама же концепция подразумевала два уровня - материальный и этакий скрытый. Происходящее на скрытом уровне давало реальый механический эффект.
Ну а чем математическое поле принципиально отличается от механической модели? Упрощением! Грубо говоря, представьте, что каждый квант взаимодействия следовало бы описывать как отдельную связь механических шестеренок. Это же поехать можно головой...Новые уравнения Максвелла сильно упрощали эту проблему, поскольку диффеернциальное исчесление допускало ряд некоторых обобщений. В итоге поле стало просто набором параметров со свойствами.


Просто таблица свойств оъекта

Идея электромагнитных волн, которые изначально рассматривались как электрические и магнитные, окончательно закрепилась,а их скорость была принята скоростью света.
Что же, друзья мои, я думаю вполне уместно называть Максвелла не протсто автором закономерностей электродинамики (и не важно, что его работа - это переосмысление и расчёт закономерностей), которые мы используем и сейчас, а именовать чуть ли не родоначальником квантовой физики. Ведь если опустить, что квантовая физика связывается с именем Планка и испусканием энергии порциями, то логику полей уж точно сформировал Максвелл.