Аннотация: Точнее - в каком смысле оно существует. Что именно существует - электрическое и магнитное поле или вектор - потенциал. (Главное - не учить автора, что он чего-то не знает. Особенно если вы сами теорпол не проходили.)
- Рядовой Иванов, возьмите лом и подметите плац.
- ?? товарищ прапорщик, зачем лом - давайте я возьму веник и быстренько подмету!
- А мне не надо быстренько. мне надо чтобы вы очень устали.
Как вы понимаете, на самом деле товарищ прапорщик сформулировал более кратко и ёмко, и именно об этом сегодняшняя лекция.
Меня в детстве (на 2-м курсе Физтеха) завораживала классическая электродинамика. Электрическое и магнитное поле представлялись загадкой - что это такое, они "на самом" деле существуют или нет? На то и детство, чтобы задавать такие вопросы про "на самом деле".
Я быстро уяснил, что без этих полей просто будет все нереально сложно. В картине мира, основанной на идее дальнодействия, никакие поля и не нужны. заряды просто взаимодействую друг с другом попарно по закону Кулона, который внешне точно такой же как закон тяготения Ньютона. Зачем какие -то поля?
Проблема в том, что если мы уходим от статики, и перейдем к движущимся (главное - ускоренным) зарядам, то нам понадобится побольше формул, чем один закон Кулона. Значительно больше, но в принципе можно поступать и так. Но это будет выглядеть чудовищно, и работать с этим будет практически невозможно.
С введением электрического и магнитного полей работа с утюгами и холодильниками становится не более чем более технологична. Заряды (в том числе ускоренные) создают поля. Поля затем живут своей жизнью, и воздействуют на другие заряды. Задача "разделилась на переменные" и кардинально упростилась.
Но жизнь не стоит на месте. Развитие в первой половине ХХ века теории относительности и квантовой механики заставило пойти еще дальше. есть не просто эл. поле E и магнитное поле B. Обращаю внимание: каждая из этих величин - вектор, т.е. 3 числа. Их объединили в одну величину - 4-потенциал. Это 4 числа: Ai = (A, φ). эл. и магнитное поля выражаются через 4-потенциал посредством пространственных и временной производной:
E = -1/c * ∂A/∂t - grad φ
B = rot A
Обращаю внимание,что произошло сокращение числа переменных: было 6 чисел, осталось 4.
И в какой-то момент простые пейзане типа меня стали спрашивать: товарищи физики, вот этот ваш "А" он существует или это просто такой математический трюк?
Физики пожимали плечами, пока товарищи Ааронов и Бом не ответили на этот вопрос экспериментально. идея эксперимента в том, что мы делаем классический 2-щелевой эксперимент по квантовой дифракции электронов (см. картинку). Потом в пространство между экраном с щелями и экраном регистрации электронов вставляют "бесконечный" (не переживайте - достаточно просто очень длинный) и очень узкий соленоид (катушку) с током перпендикулярно плоскости рисунка (направлению движения электронов).
Интрига в том, что такой соленоид не создает электрического и магнитного полей. в этом смысле, если "существуют" только E и B, то ничего и не меняется. Однако такой соленоид создает этот пресловутый А.
Так изменится что-нибудь на практике? На практике - изменилось, т.е. интерференционная картина электронов изменилась (сместилась целиком на некоторое расстояние в вертикальном направлении).
Значит, А - существует физически, а не просто математический трюк. Все облегченно выдохнули и вопрос вроде бы пропал. однако счастье длилось недолго. На рубеже XX и XXI веков появились новые интерпретации эксперимента (и его многочисленных аналогов), которые утверждают, что эксперимент ничего и не говорит. Мало ли, говорят эти противные крючкотворы - троцкисты, что нет полей E и B, а есть только этот ваш А. Мы в любом случае не имеем права говорить, будто "ничего не поменялось" с добавлением соленоида. поменялась топология пространства, по которому дифрагирующие электроны могут свободно и без приключений бежать от щелей к регистрационной фотопленке.
И ведь они правы, эти негодяи. Вектор-потенциал A сегодня снова отброшен (во всяком случае, одной ногой) из области "физической реальности" в мир математических трюков. Призрак!😂
А вот что на самом деле меняется с введением 4-потенциала, так это более компактное (еще более компактное, чем было с полями E и B по сравнению с "законом Кулона") описание физической реальности.
ВЫВОДЫ. научная "теория" - это вовсе не редукционизм, как мы все думаем (не зависимо от того, знаем иы это слово или нет), и как завещал нам Декарт. Теория - это просто сжатие описания реальности. Разумеется, не противоречащее эксперименту.
