Физика пространства - времени

Для многих обыденных целей удобно мыслить электромагнетизм как некое чуждое и «физическое» поле, претерпевающее свою специфическую динамическую эволюцию на фоне идеального плоского пространства-времени. Даже в обыденных исследованиях гравитационных эффектов (не очень массивные тела, испытывающие слабые ускорения) часто упрощённо представляют гравитацию как «физическое» поле, действующее через плоское фоновое пространство-время и погружённое в него. Но, поскольку речь идёт о принципиальной стороне дела, следует помнить, что как электромагнитное, так и гравитационное поле (лучше говорить: приливное поле) можно понимать как проявления кривизны пространства-времени. При таком описании природы термин «приливное поле» в некоторой точке — всего лишь синоним кривизны пространства-времени в этой точке. Электромагнитное поле в некоторой точке связано с изменением кривизны в окрестностях этой точки

На исследовании каких явлений мы концентрировали пока своё внимание?

На действии поля на частицу (или на движение любого локализованного сгустка массы-энергии, например облака излучения)

Какой другой аспект необходимо учесть для полного охвата физики поля?

Действие частицы (или любого локализованного сгустка массы-энергии) на поле

Существуют ли альтернативные и в основном эквивалентные способы описания такого действия частицы на поле?

Да. Описание 1: действие частицы на поле означает изменение ею структуры пространства-времени, но лишь в её непосредственной окрестности; это воздействие распространяется от точки к точке в окружающем пространстве-времени. Описание 2: игнорируя детали этого процесса распространения, необходимо учитывать лишь то воздействие, которое производится на расстоянии частицей при резких последовательных изменениях её скорости (точка зрения «действия на расстоянии», дальнодействие)

Какие эффекты производит в данной системе отсчёта частица, покоящаяся в этой системе?

Электрическое поле, пропорциональное её заряду и обратно пропорциональное квадрату расстояния; магнитное поле отсутствует; приливное поле, пропорциональное массе и обратно пропорциональное кубу расстояния, и больше никаких других компонент приливного поля

Какие эффекты производит в данной системе отсчёта частица, равномерно движущаяся этой системе?

Кроме электрического, ещё и магнитное поле; не только приливное поле, свойственное покоящейся в частице, но и дополнительные приливные поля

Какие эффекты производит мгновенно ускоренная частица на расстоянии, превышающем время (в метрах), в течение которого имело место ускорение?

Электрическое и магнитное поля, пропорциональные заряду частицы и eё ускорению и обратно пропорциональные первой степени расстояния («электромагнитные волны»), распространяющиеся на это расстояние со стандартной скоростью (свет!). Приливные поля, по величине пропорциональные массе и ускорению частицы и обратно пропорциональные первой степени расстояния от неё. Распространяются на это расстояние со скоростью света («гравитационные волны»; ещё не наблюдались; приёмные устройства конструируются)

Знаем ли мы внутреннюю структуру элементарных частиц, производящих эти электромагнитные и гравитационные эффекты на расстоянии?

Адекватное описание внутренней структуры элементарных частиц (электронов, мезонов, протонов и пр.) отсутствует. Мы не знаем его, несмотря на: 1) построение ускорителей чрезвычайно высокой энергии и связанное с этим постоянное накопление громадного числа интересных количественных данных о массах и превращениях «элементарных» частиц и 2) происходящие время от времени открытия удивительных и прекрасных закономерностей, связывающих эти данные

Какой смысл может иметь обсуждение движения и взаимодействий элементарных частиц, если мы не знаем их структуры?

Размеры этих частиц очень малы по сравнению с расстояниями между частицами в атоме (сопоставьте их с расстоянием от радиопередатчика до радиоприёмника!) Поэтому детали внутреннего строения в значительной степени несущественны, так же как детали внутреннего строения Земли в значительной степени несущественны для определения той силы, с которой она притягивает к себе Луну

Как мы, при всём нашем незнании строения элементарных частиц, подходим к ним в настоящее время?

Их рассматривают как странные и неоднородные объекты, погружённые в пространство-время

Но как же можно придерживаться идеалов чисто геометрического описания природы, если частицы — это чуждые объекты, погружённые в пространство-время, а не объекты, слагающиеся из пространства-времени?