Точечная частица

редактировать

Математическая абстракция, моделирующая объекты с нулевым экстентом, широко используемые в физике для понимания природы

A точечная частица (идеальная частица или точечная частица, часто пишется точечная частица частица ) - это идеализация частиц, широко используемых в физике. Его отличительная особенность - отсутствие пространственного расширения ; будучи безразмерным, он не занимает места. Точечная частица является подходящим представлением любого объекта, если его размер, форма и структура не имеют значения в данном контексте. Например, с достаточно большого расстояния любой объект конечного размера будет выглядеть и вести себя как точечный объект. Точечная частица также может быть отнесена к движущемуся телу с точки зрения физики.

В теории гравитации физики часто обсуждают точечную массу, имея в виду точечную частицу с ненулевой массой и без других свойств или состав. Аналогичным образом, в электромагнетизме физики обсуждают точечный заряд, точечную частицу с отличным от нуля зарядом.

Иногда из-за определенных комбинаций свойств протяженные объекты ведут себя как точечные -вроде даже в непосредственной близости. Например, сферические объекты, взаимодействующие в 3-мерном пространстве, чьи взаимодействия описываются законом обратных квадратов, ведут себя так, как если бы вся их материя была сосредоточена в их центрах. массы. В ньютоновской гравитации и классическом электромагнетизме, например, соответствующие поля вне сферического объекта идентичны полям точечной частицы с одинаковым зарядом / массой, расположенной в центр сферы.

В квантовой механике концепция точечной частицы усложняется принципом неопределенности Гейзенберга, потому что даже элементарная частица без внутренней структуры занимает ненулевой объем. Например, атомная орбита электрона в атоме водорода занимает объем ~ 10 м. Тем не менее, существует различие между элементарными частицами, такими как электроны или кварки, которые не имеют известной внутренней структуры, и составными частицами, такими как протоны, которые имеют внутреннюю структуру: протон состоит из трех кварков. Элементарные частицы иногда называют «точечными частицами», но это в другом смысле, чем обсуждалось выше.

Содержание

  • 1 Свойство, сосредоточенное в одной точке
  • 2 Физическая точечная масса
    • 2.1 Применение
  • 3 Вероятность точечной массы
  • 4 Точечный заряд
  • 5 В квантовой механике
  • 6 См. Также
  • 7 Примечания и ссылки
    • 7.1 Примечания
    • 7.2 Библиография
  • 8 Дополнительная литература

Свойство сосредоточено в одной точке

Когда точечная частица имеет аддитивное свойство, например в виде массы или заряда, сосредоточенного в одной точке пространства, это может быть представлено дельта-функцией Дирака.

Физическая точечная масса

Пример точечной массы, нанесенной на сетку . Серую массу можно упростить до точечной массы (черный кружок ). Становится практичным представлять точечную массу в виде небольшого круга или точки, поскольку фактическая точка невидима.

Точечная масса (точечная масса ) - это концепция, например, в классической физике физического объекта (обычно материя ), который имеет ненулевую массу, но при этом явно и конкретно является (или рассматривается, либо моделируется as) бесконечно малый (бесконечно малый) по своему объему или линейные размеры.

Применение

Обычно точечная масса используется при анализе гравитационных полей. При анализе гравитационных сил в системе становится невозможным учесть каждую единицу массы массы индивидуально. Однако сферически-симметричное тело действует на внешние объекты гравитационно, как если бы вся его масса была сосредоточена в его центре.

Вероятность точечной массы

A точечная масса в вероятности и статистика не относится к массе в физическом смысле, а скорее относится к конечной отличная от нуля вероятность, которая сосредоточена в точке распределения вероятностей, где есть прерывистый сегмент в функции плотности вероятности. Для вычисления такой точечной массы выполняется интегрирование по всему диапазону случайной величины плотности вероятности непрерывной части. Приравняв этот интеграл к 1, точечная масса может быть найдена путем дальнейших вычислений.

Точечный заряд

Скалярный потенциал точечного заряда вскоре после выхода из дипольного магнита, движущийся слева направо.

A Точечный заряд - это идеализированная модель частицы, которая имеет электрический заряд. Точечный заряд - это электрический заряд в математической точке без размеров.

Основным уравнением электростатики является закон Кулона, который описывает электрическую силу между двумя точечными зарядами. электрическое поле, связанное с классическим точечным зарядом, увеличивается до бесконечности по мере того, как расстояние от точечного заряда уменьшается до нуля, делая энергию (следовательно, массу) точечного заряда бесконечной.

Теорема Ирншоу утверждает, что совокупность точечных зарядов не может поддерживаться в равновесной конфигурации только за счет электростатического взаимодействия зарядов.

В квантовой механике

Протон - это комбинация двух верхних кварков и одного нижних кварков, удерживаемых вместе глюонами.

In квантовая механика, существует различие между элементарной частицей (также называемой «точечной частицей») и составной частицей. Элементарная частица, такая как электрон, кварк или фотон, представляет собой частицу без внутренней структуры. В то время как составная частица, такая как протон или нейтрон, имеет внутреннюю структуру (см. Рисунок). Однако ни элементарные, ни составные частицы не локализованы в пространстве из-за принципа неопределенности Гейзенберга. Волновой пакет частицы всегда занимает ненулевой объем. Например, см. атомная орбиталь : Электрон является элементарной частицей, но его квантовые состояния образуют трехмерные структуры.

Тем не менее, есть веская причина, по которой элементарную частицу часто называют точечной частицей. Даже если элементарная частица имеет делокализованный волновой пакет, волновой пакет может быть представлен как квантовая суперпозиция квантовых состояний, в которой частица точно локализована. Более того, взаимодействия частицы можно представить как суперпозицию взаимодействий отдельных локализованных состояний. Это неверно для составной частицы, которую нельзя представить как суперпозицию точно локализованных квантовых состояний. Именно в этом смысле физики могут обсуждать внутренний «размер» частицы: размер ее внутренней структуры, а не размер ее волнового пакета. В этом смысле «размер» элементарной частицы равен нулю.

Например, для электрона экспериментальные данные показывают, что размер электрона меньше 10 мкм. Это соответствует ожидаемому значению, равному нулю. (Его не следует путать с классическим радиусом электрона, который, несмотря на название, не имеет отношения к действительному размеру электрона.)

См. Также

Примечания и ссылки

Примечания

Библиография

Дополнительная литература

Последняя правка сделана 2021-06-02 09:15:59
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте