ფიზიკური ველი

ფიზიკური ველი — კლასიკური განმარტებით ველი ეწოდება მატერიის იმ სახეს, რომელსაც არ აქვს მასა და ვრცელდება უსასრულოდ სივრცეში. ფიზიკური ველი ეწოდება სიდიდეს, რომელიც წარმოდგება სკალარული, ვექტორული ან ტენსორული სახით და აქვს მნიშვნელობა სივრცის და დროის ნებისმიერ წერტილში.მაგალითად: ამინდის რუკაზე ზედაპირის ტემპერატურა სკალარული სიდიდეა და გვიჩვენებს დროის გარკვეულ წერტილში ზედაპირზე არსებულ ტემპერატურას. ასევე ქარის რუკები გვანიშნებენ ჰაერის მიმართულებას და სიძლიერეს, ანუ ეს ვექტორული აღწერილობაა დროის კონკრეტულ მონაკვეთში- ანუ ერთგანზომილებიანი ტენსორული ველი. მათემატიკური აღწერილობები ველის, დროსა და სივრცეში ცვლილებაზე ყველგან გვხდება ფიზიკაში. მაგალითისთვის ელექტრული ველი კიდევ ერთ ერთგანზომილებიანი ტენსორული ველი, ხოლო ელექტროდინამიკა შეიძლება ჩამოყალიბდეს ორი ურთიერთმოქმედი ვექტორული ველის მიხედვით სივრცისა და დროის თითოეულ წარტილში ან როგორც მეორე რანგის ტენსორული ველი. ველები თანამედროვე კვანტური თეორიის ჩარჩოებში ინარჩუნებს ისეთ თვისებებს როგორიცაა: სივრცის დაკავება და ენერგიის შემცველობა. ეს გამორიცხავს კლასიკური ,,ნამდვილი ვაკუუმის" არსებობას. ამან აიძულა მეცნიერები რომ ელექტრომაგნიტური ველი ფიზიკურ ერთეულად მიეჩნიათ, რამაც ველი თანამედროვე ფიზიკის დამხმარე პარადიგმად აქცია. ,,ის ფაქტი რომ ველს შეიძლება ქონდესს ენერგია და იმპულსი მას ძალიან რეალურს ხდის". ნაწილაკი ქმნის ველს, ველი მოქმედებს სხვა ნაწილაკზე. ველს აქვს ისეთი ნაცნობი თვისებები როგორიც ახასიათებს ნაწილაკებს.პრაქტიკაში ველების უმეტესობის გავლენა მცირდება მანძილის ზრდასთნ ერთად, რაც საბოლოოდ შეუმჩნეველი ხდება. მაგალითდ გრავიტაციული ველი ნიუტონის გრავიტაციის თეორიაში ან ელექტროსტატიკური ველი კლასიკურ ელექტრომაგნიტიზმში, უკუპროპორციულია ველის წარმომქმენლი წყაროდან მანძილის კვადრატის.( ე.ი. ისინი ემორჩილებიან გაუსის კანონს). ველი შეიძლება კლასიფიცირდეს როგორც: სკალარული ველი, ვექტორული ველი, სპინორული ველი ან ტენსორული ველი იმის მიხედვით, არის თუ არა წარმოდგენილი ფიზიკური სიდიდე სკალარი, ვექტორი, სპინორი ან ტენსორი. ველს აქვს ტენსორული ბუნება სადაც არ უნდა მდებარეობდეს იგი: ანუ ერთი და იგივე ველი არ შეიძლება იყოს ერთ ადგილას სკალარული და მეორე ადგილას ვექტორული. თითოეულ კატეგორიაში ველი შეიძლება იყოს კლასიკური ან კვანტური, იმისდა მიხედვით, ახასიათებს თუ არა შესაბამისი რიცხვები და კვატური თვისებები. ამ თეორიით ველის ექვივალენტური წარმოდგენა არის ველის ნაწილაკი, მაგალითად ბოზონი. ისააკ ნიუტონისეული მსოფლიო მიზიდულობის კანონი უბრალოდ გამოხატავდა ძალას, რომელიც მოქმედებდა ნებისმიერ წყვილ მასიურ ობიექტს შორის. როდესაც ვაკვირდებით მრავალი სხეულის მოძრაობას, რომლებიც ურთიერთქმედებან ერთმანეთთან, როგორიცაა მზის სისტემის პლანეტები, სხეულების თითოეულ წყვილს შორის ცალ-ცალკე ძალი განხილვა სწრაფად მოუხერხებელია. მეთვრამეტე საუკუნეში გამოიგონეს ახალი ერთეული, რათა გაემარტივებინათ ყველა ამ გრავიტაციული ძალების აღრიცხვა. ეს ერთეული, გრავიტაციული ველი, კოსმოსის თითოეულ წერტილს აძლევდა სრულ გრავიტაციულ აჩქარებას, რომელსაც შეიგრძნობდა პატარა ობიექტი იმ წერტილში. ამან ფიზიკა არანაირად არ შეცვალა: არ აქვს მნიშვნელობა ობიექტზე არსებული ყველა გრავიტაციული ძალა ინდივიდუალურად გამოითვლებოდა და შემდეგ ერთად დაემატება, თუ ყველა წვლილი ჯერ გრავიტაციული ველის სახით იყოო შეკრებილი და შემდეგ მიმართული ობიექტზე. ველის კონცეფციის შემუშავება რეალურად მეცხრამეტე საუკუნეში დაიწყო და საფუძველი ამას ელექტრომაგნიტიზმის თეორიის განვითრებით ჩაეყარა. ადრეულ ეტაპებზე ანდრე-მარი ამპერს და შარლ ოგიუსტენ დე კულონს შეეძლოთ ნიუტონისეული კანონების გამოყენება, რომლებიც გამოხატავდნენ ძალებს წყვილ ელექტრო მუხტებსა და ელექტრულ დენებს შორის. თუმცა გაცილებით ბუნებრივი გახდა ველის აღწერა და ამ კანონების გამოსახვა ელექტრული და მაგნიტური ველებით; 1849 წელს მაიკლ ფარადეი გახდა პირველი, ვინც გამოიყენა ტერმინი „ველი“. ველის დამოუკიდებელი ბუნება უფრო აშკარა გახდა ჯეიმზ კლარკ მაქსველის აღმოჩენით, რომ ამ ველებში ტალღები სასრული სიჩქარით ვრცელდებოდა. შესაბამისად, ძალები მუხტებზე და დენებზე აღარ იყო დამოკიდებული მხოლოდ იმავდროულად სხვა მუხტებისა და დენების პოზიციებზე და სიჩქარეზე, არამედ მათ პოზიციებსა და სიჩქარეებზე წარსულში. მაქსველმა, თავდაპირველად, არ მიიღო ველის თანამედროვე კონცეფცია, როგორც ფუნდამენტური სიდიდე, რომელიც შეიძლება დამოუკიდებლად არსებობდეს. სამაგიეროდ, მან ივარაუდა, რომ ელექტრომაგნიტური ველი გამოსახავს ზოგიერთი ძირეული საშუალების დეფორმაციას - მანათობელი ეთერი - ისევე როგორც დაძაბულობა რეზინის მემბრანაში. თუ ეს იყო მიზეზი,ელექტრომაგნიტური ტალღების დაკვირვების სიჩქარე დამოკიდებული უნდა იყოს დამკვირვებლის სიჩქარეზე ეთერთან მიმართებაში. დიდი ძალისხმევის მიუხედავად, ასეთი ეფექტის ექსპერიმენტული მტკიცებულება არ იქნა ნაპოვნი; სიტუაცია მოგვარდა 1905 წელს ალბერტ აინშტაინის მიერ ფარდობითობის სპეციალური თეორიის შექმნით.ისინი დაუკავშირდნენ ერთმანეთს ისე, რომ მაქსველის თეორიაში ელექტრომაგნიტური ტალღებ ის სიჩქარე ყველა დამკვირვებლისთვის ერთნაირი იქნებოდა. ფონური საშუალების საჭიროების აღმოფხვრით, ამ განვითარებამ გზა გაუხსნა ფიზიკოსებს, დაეწყოთ ფიქრი ველებზე, როგორც ჭეშმარიტად დამოუკიდებელ ერთეულებზე. 1920-იანი წლების ბოლოს კვანტური მექანიკის ახალი წესები პირველად გამოიყენეს ელექტრომაგნიტურ ველზე. 1927 წელს პოლ დირაკმა გამოიყენა კვანტური ველები, რათა წარმატებით აეხსნა, თუ როგორ გამოიწვია ატომის დაშლა დაბალ კვანტურ მდგომარეობამდე ფოტონის, ელექტრომაგნიტური ველის კვანტის სპონტანური გამოსხივებამ. ამას მალევე მოჰყვა გაცნობიერება, რომ ყველა ნაწილაკი, ელექტრონებისა და პროტონების ჩათვლით, შეიძლება აღვიქვათ, როგორც ზოგიერთი კვანტური ველის კვანტი, რომელიც აძლევს ველების სტატუსს.ბუნების ყველაზე ფუნდამენტური ობიექტებიდან. ამის თქმით, ჯონ უილერმა და რიჩარდ ფეინმანმა სერიოზულად განიხილეს ნიუტონის დისტანციური მოქმედების ველისწინა კონცეფცია (თუმცა ისინი გვერდით აყენებდნენ მას ზოგად ფარდობითობისა და კვანტური ელექტროდინამიკის კვლევისთვის საველე კონცეფციის მუდმივი გამოყენების გამო). John Gribbin (1998). Q is for Quantum: Particle Physics from A to Z. London: Weidenfeld & Nicolson. p. 138. ISBN 0-297-81752-3.R Richard Feynman (1970). The Feynman Lectures on Physics Vol II. Addison Wesley Longman. ISBN 978-0-201-02115-8. A 'field' is any physical quantity which takes on different values at different points in space. Ernan McMullin (2002). "The Origins of the Field Concept in Physics" (PDF). Phys. Perspect. 4 (1): 13–39. Bibcode:2002PhP.....4...13M. doi:10.1007/s00016-002-8357-5. S2CID 27691986. John Archibald Wheeler (1998). Geons, Black Holes, and Quantum Foam: A Life in Physics. London: Norton. p. 163. ISBN 9780393046427. Parker, C.B. (1994). McGraw Hill Encyclopaedia of Physics (2nd ed.). Mc Graw Hill. ISBN 0-07-051400-3. M. Mansfield; C. O’Sullivan (2011). Understanding Physics (4th ed.). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-47-0746370.