Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с Экшеном (физикой) .
Чтобы узнать об антипаттернах в информатике, см. Действие на расстоянии (компьютерное программирование) .

В физике , действие на расстоянии является понятие , что объект может быть перемещен, изменен или иным образом затронуты , не будучи физически прикоснулись (как в механическом контакте) другой объект. 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 смысле «действие на расстоянии» описывает провал ранних атомистических и механистических теорий, которые стремились свести все физические взаимодействия к столкновениям. Исследование и решение этого проблемного явление привели к значительным событиям в физике, от понятия поля, описаний квантовой запутанности и медиаторов частиц в Стандартной модели . [1]

Электричество и магнетизм [ править ]

Философ Уильям Оккам обсудил действие на расстоянии, чтобы объяснить магнетизм и способность Солнца нагревать атмосферу Земли, не затрагивая промежуточное пространство. [2]

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 через тот факт, 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. [3] Он начал с обзора объяснения формулы Ампера, данного Гауссом.и Вебер . 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 теорией электромагнитного поля, описываемой уравнениями Максвелла , в которых поле использовалось для элегантного объяснения всех электромагнитных взаимодействий, теперь также включая свет (который до того времени только подозревался как родственное 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.

Позже электродинамика была описана без полей (в пространстве Минковского ) как прямое взаимодействие частиц со светоподобными векторами разделения. [ сомнительно - обсудить ] 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 опосредуется локализованным полем (локализованным в том смысле, что его динамика определяется параметрами близлежащего поля). [4]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 радиационное 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 теоремы о запрете взаимодействия ). Также важно измерение и теоретическое описание лэмбовского сдвига. что убедительно свидетельствует о том, что заряженные частицы взаимодействуют со своим собственным полем. Поля из-за этих и других трудностей были возведены в ранг фундаментальных операторов квантовой теории поля, и современная физика , таким образом, в значительной степени отказалась от теории прямого взаимодействия.

Гравитация [ править ]

Основная статья: Скорость гравитации

Ньютон [ править ]

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 планет угловой момент сохраняется. (Математическое доказательство справедливо 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, при котором изменение внутренних свойств одной системы вызывает изменение внутренних свойств удаленной системы, независимо от влияния любых других систем на удаленную систему. и без процесса, несущего это влияние непрерывно в пространстве и времени »(Берковиц, 2008). [5]

Связанный с этим вопрос, поднятый Эрнстом Махом , заключался в том, как вращающиеся тела узнают, насколько выпукло на экваторе. Это, по-видимому, требует действия на расстоянии от далекой материи, информирующего вращающийся объект о состоянии Вселенной. Эйнштейн ввел термин «принцип Маха» для ответа на этот вопрос.

Невозможно представить, чтобы неодушевленная Материя без посредничества чего-то другого, не являющегося материальным, действовала на другую материю и влияла на нее без взаимного контакта ... Эта гравитация должна быть врожденной, неотъемлемой и существенной для Материи, чтобы одно тело могло воздействовать на нее. другой, находящийся на расстоянии через Вакуум, без посредничества чего-либо еще, посредством которого их Действие и Сила могут передаваться от одного к другому, является для меня настолько большим абсурдом, что я не верю ни одному человеку, имеющему 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. [5]

-  Исаак Ньютон, Письма Бентли, 1692/3.

Различные авторы пытались прояснить аспекты удаленного действия и участия Бога на основе текстовых исследований, [6] в основном из « Математических принципов естественной философии» , [7] переписки Ньютона с Ричардом Бентли (1692/93), [ 8] и вопросы, которые Ньютон представил в конце книги Opticks в первых трех изданиях (между 1704 и 1721 годами). [9]

Эндрю Janiak , в Ньютоне , как философ , [10] считал , что Ньютон отрицал , что гравитация может иметь важное значение для материи, уволенный 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, думает, что Бог может быть той самой« нематериальной средой », лежащей в основе всех гравитационных взаимодействий между материальными телами».

Штеффен Ducheyne, в Ньютоне на действие на расстоянии , [11] считал , что Ньютон никогда не принимал прямого дистанционного действия, только материальное вмешательство или нематериальную субстанцию.

Hylarie Kochiras, в силе тяжести и Ньютон проблеме подсчета вещества , [12] утверждал , что Ньютон был склонен отвергать прямое действие, отдавая предпочтение гипотезы о нематериальной среде. 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 вездесущ по существу, что приводит к скрытой предпосылке, принципу локального действия.

Эрик Шлиссер, в субстанции монизма Ньютона, дальнего действия, и характер эмпиризма Ньютона , [13] утверждал , что Ньютон категорически не отказывается от идеи , что материя активна, и , следовательно , принявшее возможность прямого действия на расстоянии. Ньютон утверждает виртуальную вездесущность Бога в дополнение к его существенной вездесущности.

Джон Генри, в гравитации и Де gravitatione: Развитие идей Ньютона о действии на расстоянии , [14] также утверждало , что прямое дистанционное действие не было немыслимо для Ньютона, отвергая идею , что гравитация может быть объяснена тонкой материей, принимая идею всемогущего Бога и отвергая эпикурейское влечение.

Для дальнейшего обсуждения см. Ducheyne, S. «Newton on Action at a Distance». Журнал истории философии об. 52.4 (2014): 675–702.

Эйнштейн [ править ]

По мнению Альберта Эйнштейн теории «s из специальной теории относительности , мгновенное действие на расстоянии нарушает релятивистский верхний предел скорости распространения информации. Если бы один из взаимодействующих объектов внезапно сместился со своего места, другой объект мгновенно почувствовал бы его влияние, а это означало, что информация передавалась быстрее скорости света . [ необходима цитата ]

Одно из условий, которым должна соответствовать релятивистская теория гравитации, состоит в том, что гравитация опосредуется со скоростью, не превышающей 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. [ необходима цитата ]

Это было достигнуто с помощью общей теории относительности Эйнштейна , 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 специальной теорией относительности Эйнштейна . [ необходима цитата ]

Вопрос Маха относительно выпуклости вращающихся тел решен, потому что локальная геометрия пространства-времени сообщает вращающемуся телу об остальной части Вселенной. В теории движения Ньютона пространство действует на объекты, но не подвергается действию. В теории движения Эйнштейна материя действует на геометрию пространства-времени, деформируя ее; а геометрия пространства-времени воздействует на материю, влияя на поведение геодезических . [ необходима цитата ]

Как следствие, и в отличие от классической теории, общая теория относительности предсказывает, что ускоряющиеся массы испускают гравитационные волны , то есть возмущения кривизны пространства-времени, которые распространяются наружу со скоростью света. Их существование (как и многие другие аспекты теории относительности ) было экспериментально подтверждено астрономами - наиболее убедительно при прямом обнаружении гравитационных волн, возникающих в результате слияния черных дыр, когда они прошли через LIGO в 2015 году [15].

Квантовая механика [ править ]

Смотрите также: Квантовая нелокальность

С начала двадцатого века квантовая механика поставила новые задачи 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 среди ученых и философов.

Одна важная линия дебатов 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 участием запутанной пары наблюдаемых с некоммутирующими операторами (например, положением и импульсом). [16]

Этот мысленный эксперимент, получивший название парадокса ЭПР , 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 невозможным (см. Принцип локальности ), измерение одной частицы, тем не менее, определяет соответствующий результат измерения другой.

После публикации EPR несколько ученых, например де Бройль, изучали теории локальных скрытых переменных . В 1960-х годах Джон Белл вывел неравенство, которое указывало на проверяемую разницу между предсказаниями квантовой механики и теориями локальных скрытых переменных . [17] 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 видели в запутанности. Многие сторонники многомировой интерпретации утверждают, что она может объяснить эти корреляции способом, не требующим нарушения локальности [18] , позволяя измерениям иметь неуникальные результаты.

Если «действие» определяется как сила, физическая работа или информация, то следует четко указать, что запутанность не может передавать действие между двумя запутанными частицами (беспокойство Эйнштейна о «жутком действии на расстоянии» на самом деле не нарушает специальную теорию относительности ). Что происходит в запутанности, так это то, что измерение одной запутанной частицы дает случайный результат, тогда более позднее измерение другой частицы в том же запутанном (общем) квантовом состоянии всегда должно давать значение, коррелированное с первым измерением. Поскольку никакая сила, работа или информация не передаются (первое измерение является случайным), ограничение скорости света не применяется (см. Квантовая запутанность иБелл тестовые эксперименты ). В стандартной копенгагенской интерпретации , как обсуждалось выше, запутанность демонстрирует подлинный нелокальный эффект квантовой механики, но не передает информацию, квантовую или классическую.

См. Также [ править ]

  • Динамизм (метафизика)
  • Мысленные эксперименты Эйнштейна
  • Измерение без взаимодействия
  • Квантовая псевдотелепатия
  • Квантовая телепортация
  • Дистанционное зондирование
  • Теория поглотителя Уиллера – Фейнмана

Ссылки [ править ]

 Эта статья включает текст из бесплатного контента . Лицензия CC-BY-SA. Текст взят из действия Ньютона на расстоянии - Различные точки зрения , Николае Сфетку, Чтобы узнать, как добавить открытый текст лицензии в статьи Википедии, см. Эту страницу с практическими рекомендациями . Информацию о повторном использовании текста из Википедии см. В условиях использования .

  1. ↑ Гессен, Мэри Б. (декабрь 1955 г.). «Действие на расстоянии в классической физике». Исида . 46 (4): 337–353. DOI : 10.1086 / 348429 . JSTOR  227576 .
  2. ^ Тахау, Кэтрин Х. Видение и уверенность в эпоху Оккама: оптика, эпистемология и основы семантики, 1250–1345 . Brill Archive. п. 133. ISBN. 9004085521.
  3. ^ Клерк Максвелл (1873) Трактат об электричестве и магнетизме , страницы 426–438, ссылка из Интернет-архива
  4. ^ Барут, АО "Электродинамика и классическая теория полей и частиц"
  5. ^ a b Берковиц, Джозеф (2008). «Действие на расстоянии в квантовой механике» . В Эдварде Н. Залта (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии (зима 2008 г.).
  6. ^ "Действие Ньютона на расстоянии - Разные взгляды" . SetThings. 2019-01-12 . Проверено 29 мая 2019 года .
  7. Перейти ↑ Isaac Newton (1999) The Principia: Mathematical Principles of Natural Philosophy , Univ of California Press
  8. ^ Бентли, Ричард (1693) Опровержение атеизма от происхождения и структуры мира. Часть II проповедь, прочитанная в Св. Мартине в Полях 7 ноября 1692 года: это седьмая лекция, основанная достопочтенным Робертом Бойлем ... / Ричардом Бентли ... , Анн-Арбор, Мичиган; Оксфорд (Великобритания) :: Text Creation Partnership, 2007–10 (EEBO-TCP Phase 1)
  9. ^ Исаак Ньютон (1730) Opticks :: Или, Трактат об отражениях, преломлениях, перегибах и цветах света , Уильям Иннис в Вест-Энде Святого Павла
  10. ^ Эндрю Janiak (2008) Ньютон , как философ , Кембридж ядро, июль 2008 [ нужная страница ]
  11. ^ Дюшейн, Штеффен (март 2011 г.). «Ньютон о действии на расстоянии и причина гравитации» (PDF) . Исследования в области истории и философии науки Часть А . 42 (1): 154–159. DOI : 10.1016 / j.shpsa.2010.11.003 .
  12. ^ Kochiras, Hylarie (сентябрь 2009). "Гравитация и проблема подсчета вещества Ньютона". Исследования в области истории и философии науки Часть А . 40 (3): 267–280. DOI : 10.1016 / j.shpsa.2009.07.003 .
  13. ^ Шлиссер, Эрик (март 2011 г.). "Монизм субстанции Ньютона, отдаленное действие и природа эмпиризма Ньютона: обсуждение Х. Кочираса" Гравитация и проблема подсчета субстанции Ньютона " ". Исследования в области истории и философии науки Часть А . 42 (1): 160–166. DOI : 10.1016 / j.shpsa.2010.11.004 .
  14. ^ Генри, Джон (март 2011 г.). «Гравитация и De gravitatione: развитие идей Ньютона о действиях на расстоянии» (PDF) . Исследования в области истории и философии науки Часть А . 42 (1): 11–27. DOI : 10.1016 / j.shpsa.2010.11.025 .
  15. Рианна Чу, Дженнифер (11 февраля 2016 г.). «Ученые впервые обнаружили гравитационные волны напрямую» . MIT News .
  16. ^ Эйнштейн, А .; Подольский, Б .; Розен, Н. (1935). «Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?» (PDF) . Физический обзор . 47 (10): 777–780. Полномочный код : 1935PhRv ... 47..777E . DOI : 10.1103 / PhysRev.47.777 .
  17. ^ Белл, Джон S (1 июля 1966 г.). «К проблеме скрытых переменных в квантовой механике» (PDF) . Обзоры современной физики . 38 (3): 447–452. Полномочный код : 1966RvMP ... 38..447B . DOI : 10,1103 / revmodphys.38.447 . ОСТИ 1444158 .  
  18. Перейти ↑ Rubin, Mark A. (2001). "Локальность в интерпретации Эверетта квантовой механики картины Гейзенберга". Основы физики . 14 (4): 301–322. arXiv : квант-ph / 0103079 . Bibcode : 2001quant.ph..3079R . DOI : 10,1023 / A: 1012357515678 . S2CID 6916036 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • 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 .