Некорректное использование терминов может не только исказить смысл высказывания, но и способствовать формированию ложного толкования описываемого явления.
При описании микромира часто используются термины «элементарная частица», «фундаментальная частица», «точечная частица», «материальная точка». Это весьма созвучные термины. Но между ними всеми имеются принципиальные отличия.
Элементарная частица – собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые на данный момент на практике невозможно расщепить на составные части.
К элементарным частицам относятся протоны, нейтроны, электроны, фотоны, нейтрино, мезоны и прочие объекты. Некоторые из них стабильные, но в основном – короткоживущие. На текущий момент перечень элементарных частиц включает более 350 объектов, многие из которых язык не поворачивается назвать частицами. Не случайно, это многообразие называется «зоопарком».
Многие элементарные частицы имеют внутреннюю структуру, что позволяет характеризовать их некоторым геометрическим размером. Но среди элементарных частиц есть такие, внутренняя структура которых на текущий момент не установлена. Такие элементарные частицы принято называть фундаментальными.
Фундаментальная частица — это бесструктурная элементарная частица, которую до настоящего времени не удалось описать как составную.
К фундаментальным частицам относятся лептоны (электроны, мюоны, тау-частицы), фотоны, нейтрино, кварки и бозоны.
Меня могут упрекнуть, что я почему-то выделил фотоны отдельно, хотя их принято относить к бозонам. Но у меня вообще свой взгляд на этот перечень, который я обсуждал в публикации «Часть 1.9. Переносчиков взаимодействий не существует. Как же осуществляется взаимодействие между элементарными частицами?».
Все фундаментальные частицы объединяет то, что у них нет внутренней структуры, поэтому их часто характеризуют как безразмерные. Обращаю внимание на то, что это не означает, что их размер равен нулю. Это означает, что их размер носит условный характер и определяется при взаимодействии частиц. Условность размера обусловлена тем, что он зависит от энергии взаимодействующих частиц и вычисляется исходя из сечения рассеяния.
К фундаментальным частицам применим термин «точечная частица».
Точечная частица – это идеализация материальной частицы, заключающаяся в том, что поле этой частицы неотличимо от поля, создаваемого точечным зарядом (зарядом, расположенным в точке) или точечной массой (массой, расположенной в точке).
Следует отметить, что точечная частица – это не абстракция, а идеализация, характеризующаяся двумя признаками:
- точечная частица, как и фундаментальная частица, не имеет внутренней структуры. Но если фундаментальная частица это реальный объект, внутренняя структура которого не обнаружена, то точечная частица это идеализированный физический объект, который не имеет внутренней структуры по определению;
- поле точечной частицы идентично полю точечного заряда или массы. В силу того, что точечная частица неотделима от поля, то она является протяженным объектом, который может характеризоваться некоторым условным размером, проявляющимся при взаимодействии с другими частицами.
Следует различать точечную частицу и материальную точку.
Материальная точка – это обладающее массой тело, размерами, формой, вращением и внутренней структурой которого можно пренебречь в условиях рассматриваемой задачи.
Следовательно, материальная точка этот не просто идеализация материальной частицы, а математическая абстракция, применяемая для упрощения расчётов. Главным словом в этом термине является слово «точка», понимаемое как математическая точка. Следовательно, понятием материальной точки можно пользоваться только при описании явлений, в которых размеры взаимодействующих объектов принципиально не имеют значения. При этом мы понимаем, что рассматриваемый объект имеет размер, форму и внутреннюю структуру, но мы пренебрегаем этими характеристиками для упрощения рассмотрения явлений.
Опасность применения этого термина заключается в том, что он предполагает рассмотрение частицы как математической точки. В некоторых случаях это приводит к искажению рассматриваемого явления ввиду подмены реального физического объекта абстрактным математическим образом.
Например, электрон можно рассматривать как материальную точку при рассмотрении движения одиночной частицы в магнитном или гравитационном поле. Но это совершенно недопустимо при рассмотрении взаимодействия частиц во встречных электрон-позитронных пучках или при рассмотрении прохождения электронов через две близкие щели. В указанных взаимодействиях частицы рассматриваются как протяженные объекты, имеющие полевую природу. В этих случаях использование термина «материальная точка» является недопустимым упрощением. При этом, использование термина «точечная частица» позволяет рассмотреть эти явления, не отказываясь от понятия здравого смысла.
Если рассматривать электрон как протяженный полевой объект, то не возникает вопрос – как один электрон проходит сразу через две щели? По крайней мере, для меня этот вопрос никогда не возникал. Электрон – это протяженный объект, и он естественным образом проходит через две близкие щели одновременно. Другой вопрос – что происходит с электроном, как он преодолевает это препятствие? Вполне возможно, что он это делает так же, как T-1000 из «Терминатора-2». Но для обсуждения этого явления необходимо рассмотрение электрона как точечной частицы, а не как материальной точки.
Отдельно для сторонников дуализма отмечу, что при классификации элементарных частиц в физике используется только термин «частица». Никаких расплывчатых терминов, типа «волна» или «сгусток энергии» для описания элементарных частиц в физике не используется.
Другие публикации по данной теме:
«Часть 1.10. Какой размер имеют точечные элементарные частицы? Из скольких кварков состоит протон?»
«Как устроена природа? Королевство кривых зеркал.»
