| 8695912 9216 5224 943 1ании строения вещества на предельно малых расстояниях, в получении сведений о др. типах взаимодействий, в выявлении новых законов и принципов симметрии в природе. Эти фундаментальные исследования ведутся с использованием прецизионных методов атомной и ядерной спектроскопии, с помощью полученных на ускорителях интенсивных пучков фотонов, электронов, мюонов высокой энергии, в космических лучах.
Лит.: Электромагнитные взаимодействия и структура элементарных частиц, пер. с англ., М., 1969; Ахиезер А. И., Бересте ц-кий В. Б., Квантовая электродинамика, 3 изд., М., 1969; Ф е л ь д Б., Модели элементарных частиц, пер. с англ., М., 1971; Фейнман Р., Взаимодействие фотонов с адронами, пер. с англ., М., 1975; Ваинберг С., Свет как фундаментальная частица, пер. с англ., "Успехи физических наук", 1976, т. 120, в. 4. А. И. Лебедев.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ, электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью. Существование Э. в. было предсказано М. Фарадеем в 1832. Дж. Максвелл в 1865 теоретически показал, что электромагнитные колебания не остаются локализованными в пространстве, а распространяются в вакууме со скоростью света с во все стороны от источника. Из того обстоятельства, что скорость распространения Э. в. в вакууме равна скорости света, Максвелл сделал вывод, что свет представляет собой Э. в. В 1888 максвелловская теория Э. в. получила подтверждение в опытах Г. Герца, что сыграло решающую роль для её утверждения.
Теория Максвелла позволила единым образом подойти к описанию радиоволн, света, рентгеновских лучей и гамма-излучения. Оказалось, что это не излучения различной природы, а Э. в. с различной длиной волны. Частота со колебаний электрич. Е и магнитного Н полей связана с длиной волны Л соотношением: Л = 2лс/шо. Радиоволны, рентгеновские лучи и у-излучение находят своё место в единой шкале Э. в. (рис.), причём между соседними диапазонами шкалы Э. в. нет резкой границы.
Особенности Э. в., законы их возбуждения и распространения описываются Максвелла уравнениями. Если в какой-то области пространства существуют электрич. заряды е и токи /, то изменение их со временем t приводит к излучению Э. в. На скорость распространения Э. в. существенно влияет среда, в к-рой они распространяются. Э. в. могут испытывать преломление, в реальных средах имеет место дисперсия волн, вблизи неоднородностей наблюдаются дифракция волн, интерференция волн (прямой и отражённой), полное внутр. отражение и др. явления, свойственные волнам любой природы. Пространств, распределение электромагнитных полей, временные зависимости E(t) и H(t), определяющие тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации (см. Поляризация волн) и др. особенности Э. в. задаются, с одной стороны, характером источника излучения, и с другой - свойствами среды, в к-рой они распространяются. В случае однородной и изотропной среды, вдали от зарядов и токов, создающих электромагнитное поле, ур-ния Максвелла, приводят к волновым ур-ниям:
[30-05-4.jpg]
описывающим распространение плоских монохроматич. Э. в.:
[30-05-5.jpg]
Здесь е - диэлектрическая проницаемость, ц - магнитная проницаемость среды, Ео и Но - амплитуды колебаний электрич. и магнитных полей, со - частота этих колебаний, ф - произвольный сдвиг фазы, k - волновой вектор, r - радиус-вектор точки; V2 - Лапласа оператор.
Если среда неоднородна или содержит поверхности, на к-рых изменяются её электрич. либо магнитные свойства, или если в пространстве имеются проводники, то тип возбуждаемых и распространяющихся Э. в. может существенно отличаться от плоской линейно-поляризованной волны. Э. в. могут распространяться вдоль направляющих поверхностей (п о-верхностные волны), в передающих линиях и в полостях, образованных хорошо проводящими стенками (см. Радиоволновод, Световод, Квазиоптика).
Характер изменения во времени Е и Н определяется законом изменения тока / и зарядов е, возбуждающих Э. в. Однако форма волны в общем случае не следует l(t) или e(t). Она в точности повторяет форму тока только в случае, если и Э. в. распространяются в линейной среде (электрич. и магнитные свойства к-рой не зависят от Я и Н). Простейший случай - возбуждение и распространение Э. в. в однородном изотропном пространстве с помощью диполя Герца (отрезка провода длиной / <<Л, по к-рому протекает ток I - I0 sin шt). На расстоянии от диполя много большем \ образуется волновая зона (зона излучения), где распространяются сферич. Э. в. Они поперечные и линейно поляризованы. В случае анизотропии среды могут возникнуть изменения поляризации (см. Излучение и приём радиоволн).
В изотропном пространстве скорость распространения гармонич. Э. в., т. е. фазовая скорость
[30-05-6.jpg]
При наличии дисперсии скорость переноса энергии с (групповая скорость) может отличаться от v. Плотность потока энергии S, переносимой Э. в., определяется Пойн-тинга вектором: S = (с/4л) [ЕН]. Т. к. в изотропной среде векторы Е а Н ч волновой вектор образуют правовинтовую систему, то S совпадает с направлением распространения Э. в. В анизотропной среде (в т. ч. вблизи проводящих поверхностей) S может не совпадать с направлением распространения Э. в.
Появление квантовых генераторов, в частности лазеров, позволило достичь напряжённости электрич. поля в Э. в., сравнимых с внутриатомными полями. Это привело к развитию нелинейной теории Э. в. При распространении Э. в. в нелинейной среде (е и ц зависят от Е и Н) её форма изменяется. Если дисперсия мала, то по мере распространения Э. в. они обогащаются т. н. высшими гармониками и их форма постепенно искажается. Напр., после прохождения синусоидальной Э. в. характерного пути (величина к-poro определяется степенью нелинейности среды) может сформироваться ударная волна, характеризующаяся резкими изменениями Е и Н (разрывы) с их последующим плавным возвращением к первоначальным величинам. Ударная Э. в. далее распространяется без существ, изменений формы; сглаживание резких изменений обусловлено гл. обр. затуханием. Большинство нелинейных сред, в к-рых Э. в. распространяются без сильнсго поглощения, обладает значит, дисперсией, препятствующей образованию ударных Э. в. Поэтому образование ударных волн возможно лишь в диапазоне Л от неск. см до длинных волн. При наличии дисперсии в нелинейной среде возникающие высшие гармоники распространяются с различной скоростью и существенного искажения формы исходной волны не происходит. Образование интенсивных гармоник и взаимодействие их с исходной волной может иметь место лишь при специально подобранных законах дисперсии (см. Нелинейная оптика, Параметрические генераторы света).
Э. в. различных диапазонов Л характеризуются различными способами возбуждения и регистрации, по-разному взаимодействуют с веществом и т. п. Процессы излучения и поглощения Э. в. от самых длинных волн до инфракрасного излучения достаточно полно описываются соотношениями электродинамики. На более высоких частотах доминируют процессы, имеющие существенно квантовую природу, а в оптич. диапазоне и тем более в диапазонах рентгеновских и у-лучей излучение и поглощение Э. в. могут быть описаны только на основе представлений о дискретности этих процессов.
Квантовая теория поля внесла существенные дополнения и в само представление об Э. в. Во многих случаях электромагнитное излучение ведёт себя не как набор монохроматич. Э. в. с частотой со и волновым вектором k, а как поток квазичастиц - фотонов с энергией & = hш и импульсом р = hш/c = hk (h - Планка постоянная). Волновые свойства проявляются, напр., в явлениях дифракции и интерференции, корпускулярные - в фотоэффекте и Комптона эффекте.
Лит.: Т а м м И. Е., Основы теории электричества, 9 изд., М., 1976; Л а н д а у Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Теория поля, 6 изд., М., 1973 (Теоретическая физика, т. 2); и х ж е, Электродинамика сплошных сред, М., 1959; Ландсберг Г. С., Оптика, 5 изд., М., 1976. В. В. Мшулин.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ, взаимосвязанные колебания электрического (Е) и магнитного (Н) полей, составляющих единое электромагнитное поле. Распространение Э. к. происходит в виде электромагнитных волн, скорость к-рых в вакууме равна скорости света с, а длина волны Л связана с периодом Т и частотой ш соотношением: Л = сТ = = 2лс/ш. По своей природе Э. к. представляют собой совокупность фотонов, и только при большом числе фотонов их можно рассматривать как непрерывный процесс.
Различают вынужденные Э. к., поддерживаемые внеш. источниками, и собственные Э. к., существующие и без них. В неограниченном пространстве или в системах с потерями энергии (диссипативных) возможны собственные Э. к. с непрерывным спектром частот. Пространственно огранич. консервативные (без потерь энергии) системы имеют дискретный спектр собственных частот, причём каждой частоте соответствует одно или неск. независимых колебаний (мод). Напр., между двумя отражающими плоскостями, отстоящими друг от друга на расстояние /, возможны только синусоидальные Э. к. с частотами шп = = плс/l, где п - целое число. Собств. моды имеют вид синусоидальных стоячих волн, в к-рых колебания векторов Е а Н сдвинуты во времен |
