Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с начисления баллов )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Точечная частица ( идеальная частица [1] или точечная частица , часто пишутся точечная частица ) является идеализация из частиц широко используется в физике . Его отличительная черта в том, что ему не хватает пространственной протяженности ; будучи безразмерным , он не занимает места . [2]Точечная частица является подходящим представлением любого объекта, если его размер, форма и структура не имеют значения в данном контексте. Например, издалека 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 обсуждаютТочечная масса , то есть точечная частица с ненулевой массой и без других свойств или структуры. Точно так же в электромагнетизме физики обсуждаютточечный заряд , точечная частица с ненулевым зарядом . [3]

Иногда из-за определенных комбинаций свойств протяженные объекты ведут себя как точки даже в непосредственной близости от них. Например, сферические объекты, взаимодействующие в трехмерном пространстве , взаимодействия которых описываются законом обратных квадратов, ведут себя так, как если бы вся их материя была сосредоточена в их центрах масс . [ необходимая цитата ] В ньютоновской гравитации и классическом электромагнетизме , например, соответствующие поля вне сферического объекта идентичны полям точечной частицы с одинаковым зарядом / массой, расположенной в центре сферы. [4] [5]

В квантовой механике понятие точечной частицы осложняется принципом неопределенности Гейзенберга , поскольку даже элементарная частица без внутренней структуры занимает ненулевой объем. Так , например, атомная орбита из электрона в атоме водорода занимает объем ~ 10 -30 м 3 . 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.

Собственность сосредоточена в одной точке [ править ]

Когда точечная частица имеет аддитивное свойство, такое как масса или заряд, сосредоточенная в одной точке пространства, это может быть представлено дельта-функцией Дирака .

Физическая точечная масса [ править ]

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

Точечная масса ( точечная масса ) - это концепция, например, в классической физике физического объекта (обычно материи ), который имеет ненулевую массу, но при этом явно и конкретно является (или рассматривается или моделируется как) бесконечно малым (бесконечно малым) по его объему или линейным размерам .

Заявление [ править ]

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

Вероятность точечной массы [ править ]

Точечная масса в вероятности и статистики не относится к массе в смысле физики, а скорее относится к конечному ненулевая вероятность того, что концентрируется в точке , в массовом распределении вероятностей , где имеется прерывистый сегмент в функции плотности вероятности . Чтобы вычислить такую ​​точечную массу, выполняется интегрирование по всему диапазону случайной величины по плотности вероятности непрерывной части. Приравняв этот интеграл к 1, точечная масса может быть найдена путем дальнейших вычислений.

Начисление очков [ править ]

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

Точечный заряд является идеализированной моделью частицы , которая имеет электрический заряд . Точечный заряд - это электрический заряд в математической точке без размеров.

Фундаментальное уравнение из электростатики является закон Кулона , который описывает электрическую силу между двумя точечными зарядами. Электрическое поле , связанное с увеличением классической точки заряда до бесконечности , как расстояние от точечного заряда уменьшается по направлению к нулевой энергии , таким образом , делая (массы) точечный заряд бесконечного .

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

В квантовой механике [ править ]

Протон - это комбинация двух верхних кварков и одного нижнего кварка , удерживаемых вместе глюонами .
Основная статья: Элементарная частица

В квантовой механике существует различие между элементарной частицей (также называемой «точечной частицей») и составной частицей . Элементарная частица, такая как электрон , кварк или фотон , - это частица 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. Атомную орбиталь: Электрон - элементарная частица, 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 в виде квантовую суперпозиции из квантовых состояний , в котором частица точно локализованные. Более того, взаимодействиячастицы 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. «Размер» элементарной частицы в этом смысле точно равен нулю.

Например, для электрона экспериментальные данные показывают, что размер электрона меньше 10 -18 м. [6] Это соответствует ожидаемому значению, равному нулю. (Его не следует путать с классическим радиусом электрона , который, несмотря на название, не связан с реальным размером электрона.)

См. Также [ править ]

  • Тестовая частица
  • Элементарная частица
  • Brane
  • Заряд (физика) (общее понятие, не ограничиваясь электрическим зарядом )
  • Стандартная модель физики элементарных частиц
  • Дуальность волна-частица

Примечания и ссылки [ править ]

Заметки [ править ]

  1. ^ HC Оганяна, JT Markert (2007), стр. 3.
  2. ^ FE Udwadia, RE Kalaba (2007), стр. 1.
  3. ^ R. Snieder (2001), стр. 196-198.
  4. ^ И. Ньютон, И. Б. Коэн, А. Уитманн (1999), стр. 956 (предложение 75, теорема 35).
  5. ^ И. Ньютон, А. Мотт, Дж. Мачин (1729), стр. 270–271.
  6. ^ "Точность скалывает магнетизм электрона" .

Библиография [ править ]

  • ХК Оганян, Дж. Т. Маркерт (2007). Физика для инженеров и ученых . 1 (3-е изд.). Нортон . ISBN 978-0-393-93003-0.
  • ИП Удвадиа, Р. Э. Калаба (2007). Аналитическая динамика: новый подход . Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-0-521-04833-0.
  • Р. Снайдер (2001). Экскурсия по математическим методам физических наук . Издательство Кембриджского университета . ISBN 0-521-78751-3.
  • И. Ньютон (1729). Математические основы естественной философии . А. Мотт, Дж. Мачин (пер.). Бенджамин Мотт . п. 270 .
  • И. Ньютон (1999). Принципы: математические основы естественной философии . Коэн И.Б., Уитмен А. (пер.). Калифорнийский университет Press . ISBN 0-520-08817-4.
  • К. Куигг (2009). «Частица, элементарная» . Энциклопедия Американа . Grolier Online . Архивировано из оригинала на 2013-04-01 . Проверено 4 июля 2009 .
  • С.Л. Глэшоу (2009). «Кварк» . Энциклопедия Американа . Grolier Online . Архивировано из оригинала на 2013-04-01 . Проверено 4 июля 2009 .
  • М. Алонсо, Э. Дж. Финн (1968). Фундаментальная университетская физика Том III: Квантовая и статистическая физика . Эддисон-Уэсли . ISBN 0-201-00262-0.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Вайсштейн, Эрик В. «Точечная атака» . Мир физики Эрика Вайсштейна .
  • Корниш, FHJ (1965). «Классическая теория излучения и точечные заряды». Труды физического общества . 86 (3): 427–442. Bibcode : 1965PPS .... 86..427C . DOI : 10.1088 / 0370-1328 / 86/3/301 .
  • Ефименко, Олег Д. (1994). «Прямой расчет электрического и магнитного полей точечного электрического заряда, движущегося с постоянной скоростью». Американский журнал физики . 62 (1): 79–85. Bibcode : 1994AmJPh..62 ... 79J . DOI : 10.1119 / 1.17716 .
  • Сельке, Дэвид Л. (2015). «Против точечных обвинений» . Прикладные исследования физики . 7 (6): 138. DOI : 10,5539 / apr.v7n6p138 .