Навигация
3. Измерение
Немного отвлечемся от вопроса природы вакуума и обратимся к теме измерения, точнее даже не измерения, а получения информации и восприятия. Этот вопрос очень интересен сам по себе и, как увидим далее, приводит к довольно интересным выводам. К тому же этот вопрос уж очень набил оскомину, и воспринимается как какое-то колдовство и магия.
Как уже было сказано, процесс измерения есть не что иное, как процесс получения информации об измеряемом объекте. Соответственно, в любом измерении должны участвовать как минимум два объекта: собственно объект измерения и измерительный прибор. Здесь нужно сделать одно замечание, касающееся прибора, принципиально ни один прибор не в состоянии определять значения величин с абсолютной точностью, в этом случае было бы необходимо наличие элементов прибора с “нулевыми” и элементов с “бесконечными” размерами, что противоречит природе физических объектов.
Рис.2 Иллюстрация к измерению длины объекта
Для изучения этого вопроса обратимся к самому простому и понятному примеру: измерению линейных размеров объекта [рис. \ref{vol_fig}]. В качестве прибора в данном случае выступает линейка. Прибор имеет две характеристики: первая - это цена деления l, вторая - это собственно размеры прибора (количество делений), обозначим ее как Z. Измеряемый объект будет характеризоваться единственной величиной - длиной L. В действительности у объекта может быть множество характеристик, но мы не сможем их измерить данным прибором (линейкой) непосредственно.
Теперь можно рассмотреть в подробности процесс измерения размера объекта. Предположим, что размер объекта L меньше размера прибора, тогда проведя измерение, можно установить, что размер объекта составляет L/l единиц. Обозначим m размер объекта в единицах прибора.
При этом реальный размер будет отличаться от измеренного на величину до l. То есть ошибка измерения составит l. Можно уменьшить ошибку измерения, уменьшая цену деления прибора, но в любом случае цена деления будет отлична от нуля, иначе нет смысла в измерении длины. Мало того, цена деления не может быть также и бесконечно малой, так как мы имеем дело с физическим прибором, то есть с реальной и материальной линейкой, то для такой линейки цена деления может быть уменьшена до конечных значений, а ограничения на величину деления может накладывать например размер молекул вещества из которой она сделана.
Так как размер измеряемого объекта меньше размера прибора, то в этом случае его длина может быть в принципе измерена.
Что касается ситуации, когда размер прибора меньше измеряемого размера объекта, то в этом случае вообще невозможно измерить объект и для прибора такой объект не будет иметь линейных свойств. Что это означает? Это означает, что поведение объекта (в данном случае его линейные размеры), зависит от того, с каким прибором он взаимодействует, при этом его собственные реальные свойства остаются неизменными. Действительно, если размер линейки меньше размера прибора - это вовсе не означает, что они отсутствуют, отсутствуют они только для данной конкретной линейки.
Если продолжить наши рассуждения дальше и считать любое взаимодействие двух и более объектов, как взаимное измерение, то можно предположить, что один и тот же объект будет проявлять себя по разному в различных взаимодействиях. Если говорить об элементарных частицах, то известный дуализм “волна-частица” в этом случае абсолютно нормальное явление, так как характеризует то, какое происходит взаимодействие, а не является свойством частицы.
4. Масса
В продолжение предыдущих рассуждений о процессе измерения и вакууме, попробуем теперь выяснить более общие закономерности и, по возможности, количественные характеристики этого процесса. Для этого в качестве объекта измерения примем некоторый сигнал, распространяющийся в “жидком” вакууме. Для начала рассмотрим характеристики сигналов и введем некоторые определения. Пусть имеем сигнал вида 
. Здесь 
- функция, описывающая шум, а 
- полезный сигнал. Как известно важной характеристикой сигнала при его детектировании (измерении), является отношение сигнал/шум, обозначим ее как 
и назовем эту величину качеством сигнала. Для детектирования важны энергетические составляющие сигнала и шума, так как измерение является процессом энергетического обмена. Тогда можно записать
(1)
где 
- интенсивность сигнала, а 
- интенсивность шума.
Кроме того известно, что для “белого шума” интенсивность 
, обозначим интенсивность “белого шума” как T и будем говорить об интенсивности “белого шума”, как о его температуре, то есть будем считать T температурой “белого шума”. Теперь можно посчитать интегральное выражение качества сигнала за промежуток времени измерения.
(2)
(3)
Так как 
- интенсивность ''белого шума'', то в рассмотрении её можно считать величиной постоянной, и правильнее будет записать
. Тогда можно записать
(4)
заметим, что интеграл
(5)
выражает энергию чистого сигнала. Тогда выражение (4) запишется как
(6)
где 
- энергия сигнала в промежутке времени измерения. Назовем полученную величину 
“массой” сигнала, а величину - потенциалом.
Далее попробуем применить полученные выражение для оценки массы сигнала. В качестве сигнала рассмотрим звуковой сигнал в газе. Для идеального газа существует известная зависимость скорости звука от температуры идеального газа.
(7)
соответственно
(8)
Подставив в (6) выражение температуры из (8) запишем
(9)
или, иначе
(10)
Всегда можно подобрать систему единиц такую, что произведение kR будет равно единице и выражение примет вид
(11)
Похожие работы
... в лабораторных экспериментах и астрономических наблюдениях. Эти составные элементы космомикрофизики имеют свою специфику, к обсуждению которой мы и переходим. 4. Космические лучи Развитие физики элементарных частиц тесно связало с изучением космического излучения — излучения, приходящего на Землю практически изотропно со всех направлений космического пространства. Измерения интенсивности ...
... и искомыми величинами. Последовательность действий, которые надо выполнить, чтобы от исходных данных перейти к искомым величинам, называют алгоритмом. 2. Историческое развитие моделей элементарных частиц 2.1 Три этапа в развитии физики элементарных частиц Этап первый. От электрона до позитрона: 1897-1932гг (Элементарные частицы - "атомы Демокрита" на более глубоком уровне) Когда греческий ...
... тяготения электрона , где r2 ~ 2.5 × 10-31 см дает значения для порядка 1.8 эв. Масса покоя vm и vt практически не отличается от , если не учитывать поправок, вносимых mвирт 4,5 (n = 4,5), а именно, , . 5. Космологическая постоянная (плотность вакуума) и соотношение космических энергий Обнаруженная в последних астрономических наблюдениях, величина плотности вакуума составляет , Где r пл – ...
... непосредственно зафиксировать гравитоны очень сложно. Классификация частиц на лептоны, адроны и переносчики взаимодействий исчерпывает мир известных нам субатомных частиц. Каждый вид частиц играет свою роль в формировании структуры материи и Вселенной. 3. Теории элементарных частиц 3.1. Квантовая электродинамика (КЭД) Квантовая механика позволяет описывать движение элементарных частиц, но не ...
0 комментариев