Войти
В физике действие на расстоянии- это концепция объекта могут быть перемещены, изменены или иным образом затронуты без физического прикосновения (как при механическом контакте) другим объектом. То есть это нелокальное взаимодействие разделенных в пространстве объектов.
Этот термин чаще всего использовался в контексте ранних теорий гравитации и электромагнетизма для описания того, как объект реагирует на влияние удаленных объектов. Например, такими ранними теориями являются закон Кулона и закон всемирного тяготения Ньютона.
В более общем плане «действие на расстоянии» описывает провал ранних атомистических и механистических теорий, которые стремились свести все физические взаимодействия к столкновениям. Исследование и разрешение этого проблемного явления привело к значительным достижениям в физике, от концепции поля до описаний квантовой запутанности и частиц-посредников в Стандартной модели..
Философ Уильям Оккам обсудил действие на расстоянии, чтобы объяснить магнетизм и способность Солнца нагревать атмосферу Земли, не влияя на промежуточные пространство.
Попытки объяснить действие на расстоянии в теории электромагнетизма привели к развитию концепции поля, которое опосредует взаимодействия между токами и зарядами в пустом пространстве. Согласно теории поля, мы объясняем кулоновское (электростатическое) взаимодействие между заряженными частицами тем, что заряды создают вокруг себя электрическое поле, которое может ощущаться другими зарядами как сила. Максвелл непосредственно затронул тему действия на расстоянии в главе 23 своего Трактата об электричестве и магнетизме в 1873 году. Он начал с обзора объяснения книги Ампера. формула, заданная Гауссом и Вебером. На странице 437 он указывает на отвращение физиков к действиям на расстоянии. В 1845 году Гаусс писал Веберу, желая «действия, не мгновенного, но распространяющегося во времени подобно действию света». Это стремление было развито Максвеллом с помощью теории электромагнитного поля, описываемой уравнениями Максвелла, в которых поле использовалось для элегантного объяснения всех электромагнитных взаимодействий, а также света (который до тогда это рассматривалось как совершенно не связанное с этим явление). В теории Максвелла поле - это отдельная физическая сущность, несущая импульсы и энергию в пространстве, а действие на расстоянии - это только кажущийся эффект локального взаимодействия зарядов с окружающим их полем.
Электродинамика была позже описана без полей (в пространстве Минковского ) как прямое взаимодействие частиц с светоподобными векторами разделения. Это привело к интегралу действия Фоккера-Тетрода-Шварцшильда. Такой вид электродинамической теории часто называют «прямым взаимодействием», чтобы отличить ее от теорий поля, где действие на расстоянии опосредовано локализованным полем (локализованным в том смысле, что его динамика определяется параметрами соседнего поля). Это описание электродинамики, в отличие от теории Максвелла, объясняет видимое действие на расстоянии не постулированием опосредующей сущности (поля), а обращением к естественной геометрии специальной теории относительности.
Электродинамика прямого взаимодействия явно симметрична во времени и избегает бесконечной энергии, предсказываемой в поле, непосредственно окружающем точечные частицы. Фейнман и Уиллер показали, что им можно объяснить излучение и радиационное затухание (которое считалось убедительным доказательством независимого существования поля). Однако различные доказательства, начиная с доказательства Дирака, показали, что теории прямого взаимодействия (при разумных предположениях) не допускают лагранжевых или гамильтоновых формулировок (это так называемые ). Также важным является измерение и теоретическое описание лэмбовского сдвига, которое убедительно свидетельствует о том, что заряженные частицы взаимодействуют со своим собственным полем. Поля из-за этих и других трудностей были возведены в фундаментальные операторы в квантовой теории поля, а современная физика, таким образом, в значительной степени отказалась от теории прямого взаимодействия.
Классическая теория гравитации Ньютона не предлагала никаких перспектив выявления какого-либо посредника гравитационного взаимодействия. Его теория предполагала, что гравитация действует мгновенно, независимо от расстояния. Наблюдения Кеплера убедительно доказали, что при движении планеты момент количества движения сохраняется. (Математическое доказательство действительно только в случае евклидовой геометрии.) Гравитация также известна как сила притяжения между двумя объектами из-за их массы.
С ньютоновской точки зрения действие на расстоянии можно рассматривать как «явление, в котором изменение внутренних свойств одной системы вызывает изменение внутренних свойств удаленной системы, независимо от влияния каких-либо факторов. другие системы в удаленной системе и без процесса, который несет это влияние непрерывно в пространстве и времени »(Берковиц 2008).
Связанный с этим вопрос, заданный Эрнстом Махом, был как вращающиеся тела узнают, насколько выпукло на экваторе. Похоже, что для этого требуется действие на расстоянии от далекой материи, информирующее вращающийся объект о состоянии Вселенной. Эйнштейн придумал для этого вопроса термин принцип Маха.
Невозможно себе представить, чтобы неодушевленная Материя без посредничества чего-то еще, что не является материальным, действовала и влияла на другую материю без взаимного контакта... Эта гравитация должна быть врожденной, неотъемлемой и существенной для Материи, так что одно тело могут воздействовать на другого на расстоянии через Вакуум без посредничества чего-либо еще, с помощью которого их Действие и Сила могут передаваться от одного к другому, - это для меня такой большой абсурд, что я не верю ни одному Человеку, у которого есть в философских вопросах компетентная способность мышления может когда-либо попасть в нее. Гравитация должна быть вызвана Агентом, постоянно действующим в соответствии с определенными законами; но независимо от того, является ли этот агент материальным или нематериальным, я оставил на рассмотрение моих читателей.
— Исаак Ньютон, Письма к Бентли, 1692/3Различные авторы пытались прояснить аспекты удаленных действий и Участие Бога на основе текстовых исследований, в основном из Mathematical Principles of Natural Philosophy, переписки Ньютона с Ричардом Бентли (1692/93) и Запросы, которые Ньютон введен в конце книги Opticks в первых трех изданиях (между 1704 и 1721 гг.).
Эндрю Джаниак, в Ньютоне как философ, считал, что Ньютон отрицал, что гравитация мог быть существенным для материи, отклонил прямое действие на расстоянии, а также отверг идею материальной субстанции. Но Ньютон, по мнению Джаниака, согласился с нематериальным эфиром, который он считал, что Ньютон отождествляет себя с самим Богом : «Ньютон, очевидно, считает, что Бог может быть самой« нематериальной средой » лежащая в основе всех гравитационных взаимодействий между материальными телами ».
Штеффен Дюшейн в «Ньютоне о действии на расстоянии» считал, что Ньютон никогда не принимал прямого удаленного действия, только материальное вмешательство или нематериальное вещество.
Хилари Кочирас в своей книге «Гравитация и проблема подсчета субстанции Ньютона» утверждала, что Ньютон был склонен отвергать прямое действие, отдавая приоритет гипотезе нематериальной среды. Но в моменты размышлений Ньютон колебался между принятием и отказом от прямого удаленного действия. Ньютон, согласно Кочирасу, утверждает, что Бог виртуально вездесущ, сила / агент должны существовать в субстанции, а Бог по существу вездесущ, что приводит к скрытой предпосылке, принципу локального действия.
Эрик Шлиссер в ньютоновском монизме субстанции, дистанционном действии и природе ньютоновского эмпиризма утверждал, что Ньютон категорически не отвергает идею о том, что материя активна, и поэтому допускал возможность прямого действия на расстоянии.. Ньютон утверждает виртуальную вездесущность Бога в дополнение к его существенной вездесущности.
Джон Генри в книге «Гравитация и гравитация: развитие идей Ньютона о действии на расстоянии» также утверждал, что прямое дистанционное действие не было чем-то невероятным для Ньютона, отвергая идею о том, что гравитацию можно объяснить тонкой материей, принятие идеи всемогущего Бога и отказ от эпикурейского влечения.
Для дальнейшего обсуждения см. Дюшейн С. «Ньютон о действии на расстоянии». Журнал истории философии об. 52.4 (2014): 675–702.
Эйнштейн
Согласно теории специальной теории относительности Альберта Эйнштейна, мгновенное действие на расстоянии нарушает релятивистский верхний предел скорость распространения информации. Если бы один из взаимодействующих объектов внезапно сместился со своего места, другой объект мгновенно почувствовал бы его влияние, а это означает, что информация передавалась быстрее, чем скорость света.
Одно из условий, при которых релятивистская теория гравитация должна соответствовать тому, что гравитация передается со скоростью, которая не превышает c, скорость света в вакууме. Исходя из предыдущего успеха электродинамики, можно было предвидеть, что релятивистская теория гравитации должна будет использовать концепцию поля или что-то подобное.
Это было достигнуто с помощью теории Эйнштейна. общая теория относительности, в которой гравитационное взаимодействие опосредовано деформацией геометрии пространства-времени. Материя искажает геометрию пространства-времени, и эти эффекты - как с электрическими и магнитными полями - распространяются со скоростью света. Таким образом, в присутствии материи пространство-время становится неевклидовым, разрешая очевидный конфликт между ньютоновским доказательством сохранения углового момента и теорией Эйнштейна специальной теорией относительности.
вопросом Маха относительно выпуклость вращающихся тел решена, потому что локальная геометрия пространства-времени сообщает вращающемуся телу об остальной части Вселенной. В теории движения Ньютона пространство действует на объекты, но не на него. В теории движения Эйнштейна материя действует на геометрию пространства-времени, деформируя ее; а геометрия пространства-времени воздействует на материю, влияя на поведение геодезических.
. Как следствие, и в отличие от классической теории, общая теория относительности предсказывает, что ускоряющиеся массы испускают гравитационные волны, т. е. возмущения в искривление пространства-времени, которое распространяется наружу со скоростью света. Их существование (как и многие другие аспекты теории относительности ) было экспериментально подтверждено астрономами - наиболее ярко в прямом обнаружении гравитационных волн, исходящих от слияние черных дыр, когда они прошли через LIGO в 2015 году.
Квантовая механика
С начала двадцатого века квантовая механика стала новые вызовы для представления о том, что физические процессы должны подчиняться локальности. Считается ли квантовая запутанность действием на расстоянии, зависит от природы волновой функции и декогеренции, вопросов, по которым все еще ведутся серьезные споры. ученые и философы.
Одна важная линия споров началась с Эйнштейна, который бросил вызов идее о том, что квантовая механика предлагает полное описание реальности, наряду с Борисом Подольским и Натаном Розеном. Они предложили мысленный эксперимент с запутанной парой наблюдаемых с некоммутирующими операторами (например, положением и импульсом).
Этот мысленный эксперимент, который стал известен как EPR парадокс, основан на принципе локальности. Обычное представление парадокса следующее: две частицы взаимодействуют и разлетаются в противоположных направлениях. Даже когда частицы находятся настолько далеко друг от друга, что любое классическое взаимодействие было бы невозможно (см. принцип локальности ), измерение одной частицы, тем не менее, определяет соответствующий результат измерения другой.
После публикации EPR несколько ученых, таких как де Бройль, изучали теории локальных скрытых переменных. В 1960-х Джон Белл вывел неравенство, которое указывало на проверяемую разницу между предсказаниями квантовой механики и локальными теориями скрытых переменных. На сегодняшний день все эксперименты, проверяющие неравенства типа Белла в ситуациях, аналогичных мысленному эксперименту ЭПР, имеют результаты, согласующиеся с предсказаниями квантовой механики, предполагая, что теории локальных скрытых переменных могут быть исключены. Будет ли это интерпретировано как свидетельство нелокальности, зависит от интерпретации квантовой механики.
. Нестандартные интерпретации квантовой механики различаются по своей реакции на эксперименты типа ЭПР. Интерпретация Бома дает объяснение, основанное на нелокальных скрытых переменных, для корреляций, наблюдаемых в запутанности. Многие сторонники интерпретации многих миров утверждают, что она может объяснить эти корреляции способом, не требующим нарушения локальности, позволяя измерениям иметь неуникальные результаты.
Если «действие» определяется как сила, физическая работа или информация, тогда следует четко указать, что запутанность не может передавать действие между двумя запутанными частицами (беспокойство Эйнштейна о «жутких действиях на расстоянии» на самом деле не нарушает специальной теории относительности ). Что происходит при запутанности, так это то, что измерение одной запутанной частицы дает случайный результат, а затем более позднее измерение другой частицы в том же запутанном (общем) квантовом состоянии всегда должно давать значение, коррелированное с первым измерением. Поскольку сила, работа или информация не передаются (первое измерение является случайным), предел скорости света не применяется (см. Квантовая запутанность и Тестовые эксперименты Белла ). В стандартной копенгагенской интерпретации, как обсуждалось выше, запутанность демонстрирует настоящий нелокальный эффект квантовой механики, но не передает информацию, квантовую или классическую.
См. Также
- Динамизм (метафизика)
- Мысленные эксперименты Эйнштейна
- Измерение без взаимодействия
- Квантовая псевдотелепатия
- Квантовая телепортация
- Дистанционное зондирование
- Уиллер– Теория поглотителя Фейнмана
Ссылки
Эта статья включает текст из бесплатного контента работы. Лицензия CC-BY-SA. Текст взят из Действия Ньютона на расстоянии - Различные точки зрения, Николае Сфетку, Чтобы узнать, как добавить текст открытой лицензии в статьи Википедии, см. эту страницу с инструкциями. Для получения информации о повторном использовании текста из Википедии см. условия использования.
Внешние ссылки
- Инь, Хуан; Цао, юань; Юн, Хай-Линь; Рен, Джи-Ган; Лян, Хао; Ляо, Шэн-Кай; Чжоу, Фэй; Лю, Чанг; Ву, Ю-Пин; Пан, Гэ-Шэн; Чжан, Цян; Пэн, Чэн-Чжи; Пан, Цзянь-Вэй (26 июня 2013 г.). «Ограничение скорости« жуткого действия на расстоянии »». Письма с физическим обзором. 110(26): 260407. arXiv : 1303.0614. doi : 10.1103 / PhysRevLett.110.260407. PMID 23848853. S2CID 119293698.
