String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: The Forces of Light: Electricity and Magnetism

Силы света: Электричество и Магнетизм.

Swarlz 21.06.14 в 13:33

В 19м веке, физическое понимание природы света изменилось полностью.

Swarlz 21.06.14 в 16:59

Эксперименты начали показывать убедительные доводы тому, что свет ведет себя, будто бы это волны, а не частицы, что противоречило Ньютону (смотрите "Оптика: Проливание света на свойства света" секцию для дополнительной информации про Ньютоновские результаты)

Swarlz 21.06.14 в 17:08

В то же время, эксперименты над электричеством и магнетизмом начали показывать, что эти силы вели себя как свет, за исключением того, что мы не могли видеть их!

Swarlz 21.06.14 в 17:13

К концу 19го века, стало ясно, что электричество и магнетизм были разными проявлениями одной и той же силы: электромагнетизм.

Swarlz 21.06.14 в 17:15

Одной из целей теории струн это разработать единую теорию, которая объединяет и электромагнетизм и гравитацию.

Swarlz 21.06.14 в 17:16

Свет как волна: теория эфира.

Swarlz 21.06.14 в 17:16

Ньютон трактовал свет, будто бы это частицы, но эксперименты в 19м веке начали показывать, что свет ведет себя как волна.

Swarlz 21.06.14 в 17:19

Главная проблема была в том, что волнам нужен посредник.

Swarlz 21.06.14 в 17:20

Что-то должно создавать рябь.

Swarlz 21.06.14 в 17:24

Было похоже, что свет, распространяется через пустое пространство, которое вообще не содержало какого-либо вещества.

Swarlz 21.06.14 в 17:26

Что же это за посредник, который свет использовал для передвижения?

Swarlz 21.06.14 в 17:27

Что волнилось?

Swarlz 21.06.14 в 17:27

Что рябило?

Swarlz 23.06.14 в 18:49

Для объяснения проблемы, физики предположили, что пространство заполнено некой субстанцией.

Swarlz 21.06.14 в 17:28

Когда искали название этой гипотетической субстанции, они вернулись к Аристотелю и назвали ее световым эфиром.

Swarlz 21.06.14 в 17:30

(Некоторые физики продолжали толковать ее как квинтэссенцию (aether), но я называю ее эфиром (ether), чтобы отличить от пятого элемента Аристотеля.)

Irina73 24.06.14 в 13:55

Даже с этим гипотетическим эфиром, все равно, были проблемы.

Swarlz 21.06.14 в 17:36

Ньютоновская оптика все еще работала, и его теория описывала свет в терминах крошечных шариков движущихся по прямым линиям, а не как волны!

Swarlz 21.06.14 в 17:38

Казалось, что иногда свет ведет себя как волна, а иногда как частица.

Swarlz 21.06.14 в 17:38

Большинство физиков 19го века верили в волновую теорию, в основном потому, что изучение электричества и магнетизма помогало поддержать идею того, что свет это волна, но они были не способны найти убедительное свидетельство эфира.

Swarlz 21.06.14 в 17:43

Невидимые линии силы: Электрические и магнитные поля

Swarlz 21.06.14 в 17:43

Электричество это изучение того, как заряженные частицы оказывают воздействие друг на друга.

Swarlz 21.06.14 в 19:54

А магнетизм - это изучение того, как намагниченные объекты оказывают влияние друг на друга.

Swarlz 21.06.14 в 20:01

В 19м веке, исследование начало показывать, что эти два казалось бы отдельных феномена были, на самом деле, разными аспектами одного и того же.

Swarlz 21.06.14 в 20:03

Физик Майкл Фарадей предположил, что невидимые поля передают силу.

Swarlz 21.06.14 в 20:05

Электричество и магнетизм связаны воедино.

Swarlz 21.06.14 в 20:06

Электрическая сила действует между двумя объектами, которые имеют свойство, которое называется электрическим зарядом, и которое может быть либо положительным либо отрицательным.

Swarlz 21.06.14 в 20:07

Положительные заряды отталкивают другие положительные заряды, а отрицательные заряды отталкивают отрицательные заряды, но положительные и отрицательные заряды притягивают один одного, как показано на рисунке 5-4.

Swarlz 21.06.14 в 20:09

Закон Кулона, которые описывает найпростейшее поведение электрической силы между заряженными частицам (поля называется электростатическим), это закон обратных квадратов, аналогичный закону гравитации Ньютона.

Swarlz 21.06.14 в 20:14

Это послужило одним из первых намеков на то, что гравитация и электростатическая силы (и, в конечном счете, электромагнетизм) могут иметь что-то общее.

Swarlz 21.06.14 в 20:19

Рисунок 5-4: одноименные отталкиваются, а противоположные притягиваются.

Swarlz 21.06.14 в 20:56

Когда электрический заряд движется, это порождает электрический ток.

Swarlz 21.06.14 в 20:57

Эти токи могут влиять друг на друга посредством магнитной силы.

Swarlz 21.06.14 в 20:58

Это было открыто Хансом Кристианом Э́рстедом, тем, кто обнаружил, что электрический ток, циркулирующий по проводу, может отклонить стрелку компаса.

Swarlz 21.06.14 в 21:05

Более поздняя работа Майкла Фарадея и других показала, что это также работало и наоборот - магнитная сила может влиять на электрический ток.

Swarlz 21.06.14 в 21:09

Как показано на рисунке 5-5, перемещение магнита к проводящему витку провода порождает ток, который проходит через провод.

Swarlz 21.06.14 в 21:14

Рисунок 5-5: Магнит, который перемещается к металлическому кольцу, порождает ток в кольце.

Swarlz 21.06.14 в 21:17

Фарадей предлагает силовые поля, для объяснения этих сил.

Swarlz 21.06.14 в 21:18

В 1840х, Майкл Фарадей выдвинул идею о том, что невидимые линии силы были вовлечены в работу электрического тока и магнетизма.

Swarlz 21.06.14 в 21:32

Эти гипотетические линии составляли силовое поле, которое имело определенное значение и направление в любой данной точке и могли быть использованы для вычисления полной силы действующей на частицу в этой точке.

Swarlz 21.06.14 в 21:34

Эта идея была быстро приспособлена и применена к гравитации в форме гравитационного поля.

Swarlz 21.06.14 в 21:37

Эти невидимые линии силы были ответственены за электрическую силу (как показано на рисунке 5-6) и магнитную силу (как показано на рисунке 5-7)

Swarlz 21.06.14 в 21:40

Они и привели к электрическим и магнитным полям, которые могут быть измерены.

Swarlz 22.06.14 в 10:13

Рисунок 5-6: Положительные и отрицательные заряды соединены невидимыми линиями силы.

Swarlz 22.06.14 в 10:13

Рисунок 5-7: Северный и южный полюс стержневого магнита соединены невидимыми линиями силы.

Swarlz 22.06.14 в 10:16

Фарадей предложил невидимые линии силы, но совсем не было ясно, как сила передается, что и было поводом для насмешки от его коллег.

Swarlz 22.06.14 в 10:22

Однако имейте ввиду, что Ньютон также не смог полностью объяснить то, как гравитация передается, так что был уже прецедент.

Swarlz 22.06.14 в 10:24

Действие на расстояние было уже заложено в физику, и Фарадей, по крайней мере, предлагал физическую модель того, как это могло происходить.

Swarlz 22.06.14 в 10:31

Поля, предложенные Фарадеем, оказалось имеют применения помимо электричества и магнетизма.

Swarlz 22.06.14 в 10:33

Гравитация также могла быть описана в форме поля.

Swarlz 22.06.14 в 10:34