Физики предложили универсальный язык для мира электричества, чтобы завершить полуторавековой спор
Ученые из МФТИ разработали и предложили новую систему единиц для электродинамики, способную примирить два главенствующих, но исторически несовместимых подхода. Эта компромиссная система, названная авторами физико-технической (ФТ), сохраняет практическое удобство Международной системы единиц (СИ), используемой инженерами по всему миру, и в то же время отражает теоретическую стройность и симметрию гауссовой системы (СГС), предпочитаемой физиками-теоретиками.
Со времен Максвелла, объединившего законы электричества и магнетизма в XIX веке, научное сообщество разделилось на два лагеря в вопросе о том, на каком «языке» лучше всего описывать эти явления. С одной стороны, инженеры и экспериментаторы во всем мире полагаются на Международную систему единиц (СИ), в которой ключевыми единицами признаны амперы, вольты и омы — величины, непосредственно измеряемые в лабораториях и лежащие в основе всей современной электротехники. С другой стороны, физики, работающие на переднем крае теоретической науки, в частности в области квантовой теории поля и теории относительности, традиционно предпочитают гауссову систему СГС (сантиметр-грамм-секунда). Причина такого предпочтения кроется в элегантности: в системе СГС фундаментальные уравнения Максвелла принимают более симметричный вид, не содержат некоторых «искусственных» констант и нагляднее отражают глубинную связь между электричеством и магнетизмом как проявлениями единого поля.
Этот раскол создает постоянные трудности в образовании и научных коммуникациях. Студентам-физикам приходится, по сути, осваивать два разных математических формализма: один для решения практических задач в лаборатории, другой — для теоретических выкладок. Переход между системами требует не простого пересчета, а изменения самой формы уравнений, что порождает путаницу и мешает формированию целостной картины мира. Именно эту проблему и взялись решить авторы новой работы. Результаты исследования опубликованы в журнале «Современная электродинамика».
Физики из МФТИ предложили не создавать очередную систему с нуля, а модифицировать существующую и общепринятую систему СИ таким образом, чтобы она вобрала в себя главные достоинства гауссовой системы. Они хотели создать единый формализм, который бы одинаково хорошо подходил и для описания электрических цепей, и для фундаментальных уравнений электромагнитного поля. Для этого исследователи сохранили неизменными все основные единицы СИ, включая ампер, вольт, ом, фарад и генри — стандарт в технике и измерительных приборах.
В процессе подготовки статьи авторами обнаружили, что такая система единиц уже предлагалась ранее Геннадием Труновым, член-корреспондентом Российской Метрологической Академии, кандидатом технических наук, доцентом кафедры «Общая физика» Пермского государственного технического университета, под названием теоретическая система электромагнитных единиц.
Ключевое изменение коснулось формы записи уравнений Максвелла.
Авторы переопределили физические величины, описывающие электромагнитное поле, — векторы напряженности и индукции, — так, чтобы они приобрели одинаковую размерность. В результате уравнения поля в новой, физико-технической системе, становятся практически идентичными по форме уравнениям в гауссовой системе.
Удобство предложенного подхода заключается в его консерватизме и прагматичности. Авторы статьи показали, как примирить практические единицы, исторически возникшие до полного понимания теории относительности, с симметриями пространства-времени, которые эта теория выявила. Такой подход делает переход от классической СИ к физико-технической (ФТ) системе простым и интуитивно понятным, не требующим отказа от привычных измерительных стандартов. Она позволяет сохранить всю мощь и удобство СИ в прикладных задачах, но при записи фундаментальных законов природы возвращает ту простоту и красоту, ради которой физики так ценили гауссову систему.
Практическая значимость этой работы в первую очередь лежит в сфере образования. Использование ФТ-системы в университетских курсах теоретической физики и электродинамики способно устранить существующую путаницу и позволить студентам с самого начала изучать предмет в рамках единой, логически последовательной концепции.
Однако мало предложить эту систему. Чтобы ее приняло большое количество людей и она стала общепринятой, необходимо начать ее использовать и активно внедрять.
В настоящее время уже издан учебник по курсу «Механика и теория поля», в котором последовательно используется предложенная ими система единиц, и он уже применяется на кафедре теоретической физики им. Л.Д. Ландау в МФТИ. Ранее в 2015-м году при МФТИ издали учебно-методическое пособие «Подобие и размерность».
Михаил Иванов, доцент кафедры теоретической физики МФТИ, прокомментировал: «Когда в 2015 году на семинаре в Институте общей физики РАН (ИОФАН) меня спросили, написал ли я учебник, используя свою систему единиц, я вынужден был ответить отрицательно. Теперь, десять лет спустя я, наконец, могу ответить на этот вопрос положительно».
В более широкой перспективе работа открывает путь к созданию единой и универсальной системы систем единиц, в которой практический мир измерений, основанный на СИ, естественным образом соединяется с теоретическими системами, используемыми в квантовой физике и космологии.
Telegram 
Дзен 
VK Качественное дошкольное образование закладывает прочный фундамент успехов на долгие годы вперёд — вплоть до выпускного класса. Двадцатилетнее исследование показало, что дети, которые в возрасте четырех лет перед поступлением в школу посещали бесплатные государственные подготовительные классы, учатся существенно лучше сверстников, посещавших обычные детские сады с упором на простой присмотр или оставшихся на домашнем воспитании.
Молодая женщина, возвращения которой из мертвых местное общество, по-видимому, сильно опасалось, имела скандинавские корни и поэтому могла считаться чужестранкой, предположили авторы нового исследования. Ученые также смогли установить много других интересных подробностей о жизни и смерти девушки.
Эксперимент физиков из ЦЕРН позволил рассмотреть поведение глюонов внутри атомных ядер с беспрецедентной точностью. При сверхвысоких плотностях эти элементарные частицы переставали размножаться и начинали объединяться. Это помогло найти подтверждение теории «глюонного насыщения», а не принятого «ядерного затенения» для определенного диапазона сверхвысоких энергий.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Эксперимент физиков из ЦЕРН позволил рассмотреть поведение глюонов внутри атомных ядер с беспрецедентной точностью. При сверхвысоких плотностях эти элементарные частицы переставали размножаться и начинали объединяться. Это помогло найти подтверждение теории «глюонного насыщения», а не принятого «ядерного затенения» для определенного диапазона сверхвысоких энергий.
Со стороны профессия летчика-испытателя часто выглядит как череда опасных полетов, требующих бесстрашия и способности мгновенно импровизировать. В действительности ее основу составляют методика, дисциплина, технические знания и умение честно рассказать о каждой особенности машины. Его задача — не просто поднять самолет в воздух, но и понять, насколько точно он выполняет команды, предсказуемо ли ведет себя на сложных режимах и какие изменения необходимо внести в конструкцию или систему управления.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно