Kvantummező elmélet; Occam borotvája
A klasszikus elmélet kettőssége
A 20. század elejéig a fizikusok úgy vélték, hogy a világ két elemből áll - részecskékből és mezőkből. A teret az anyag sajátos formájának tekintik, nagyon szokatlan tulajdonságokkal, és bár a részecskék és a hullámok összefonódnak az összetett kölcsönhatások hálózatában, a klasszikus fizika szerint gyökeresen eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek. Ebben a világ képének szigorúan kifejezett és egyértelmű kettőssége van.
| A klasszikus newtoni mechanika törvényeinek megfelelően mozognak. | Az elektromágneses tér dinamikájának Faraday és Maxwell által megállapított törvényei összetettebbek, mint a klasszikus newtoni mechanika. |
| A részecske helyzetének meghatározásához három koordináta (x, y, z) elegendő, és ha ismert a köztük és az idő közötti kapcsolat, akkor teljes és részletes információval rendelkezünk a részecskék mozgásáról. | A mező leírása végtelen számú értéket igényel a mező minden pontja számára, egy vagy több folyamatos mezőfüggvény segítségével írja le, a pont koordinátáitól (x, y, z) függően. mely területet tanulmányozzuk és az idő (t). Például az elektromágneses mező négy funkcióval írható le teljes egészében: J (x, y, z, t) skaláris potenciál és A (x, y, z, t) vektorpotenciál, amelyek együttesen négydimenziós vektort alkotnak a tér-időben. |
| Mindegyik részecskének három fokozatú szabadsága van. | A mezőnek végtelen sok szabadságfoka van. |
| A részecskék diszkrét. | A mezők folyamatos. |
| Anyagi részecskék nem jelennek meg vagy tűnnek el. | Elektromágneses hullámok generálódhatnak és elnyelhetők, átfedhetnek, "kiolthatnak", erősíthetnek vagy gyengülhetnek. |
A fizikai mezőket akkor vezették be, amikor meg kellett szüntetni a newtoni mechanika erőinek azonnali hatásának elvét.
A két egymással kölcsönhatásban lévő részecske (például két elektromos töltés) közötti teret kitölti egy mező, amely az egyik részecskétől a másikig tartó kölcsönhatás hordozójaként szolgál, mivel az átvitel bizonyos sebességgel, a fény sebességével és a fény szolgál mint a részecskék közötti elektromágneses kölcsönhatás hordozója.
Klasszikus modell: együttműködő oszcillátorok
A fizikai tér fogalma szerint az interakcióban részt vevő részecskék (például elektromágneses vagy gravitációs) a környező tér minden pontján létrehoznak egy erőtérnek nevezett speciális állapotot, amely bármely más részecskére ható erőben nyilvánul meg bármelyik térben. legyen pont ezen a téren. Feltételezzük, hogy az összes töltött részecske elektromágneses teret generál, a minden részecskére hatással van az összes mező összege, és nem minden részecskével külön-külön.
| A klasszikus mechanikában a folyamatos mező egyenértékű az összekapcsolt oszcillátorok sokaságával. A folyamatos mező leírható az ideálisan rugalmas test bármely pontjának feszültségeként. Ez a szilárd anyag pedig részecskehálózatként ábrázolható olyan képzeletbeli rugók által, mint pl csatlakoztatott oszcillátorok rendszere. Amikor az oszcillátorok száma a végtelenségig növekszik, megkapjuk az elképzelést a mezőt leíró egyenletek folytonosságáról. | A csatlakoztatott oszcillátorok csoportjának viselkedését ennek a rugalmas membránnak a mozgásával lehet szemléltetni. Wikimédia anyagok alapján |
A kvantumelmélet beavatkozik a területekre
Ha feltételezzük, hogy a kvantummechanika egyetlen részecske vagy mondjuk kis mennyiségű részecske modern elmélete, akkor kvantumtérelmélet a kvantummechanika összefoglalása az általánosabb és mélyebb feladattal: a sok részecskével rendelkező és ezért nagyszámú szabadságfokú rendszerek elemzése. Elmondható, hogy a kvantumtérelmélet sikeresen ötvözi a kvantummechanikát és a speciális relativitáselméletet, és ha a kvantummechanika a részecskék legmodernebb elmélete, akkor a kvantumtérelmélet a részecskék és mezők modern elmélete.
Az elmélet kidolgozása végtelen számú fokozatú szabadságra való áttérésen, a WTO-val (a relativitás különleges elmélete) való koordináción és a kvantáláson megy keresztül. A diagram azt mutatja, hogy a kvantumtérelmélet a legalapvetőbb fizikai elmélet. A kvantummechanika a kvantummező elmélet speciális esete a fénysebességnél jóval alacsonyabb sebességgel, a klasszikus térelmélet pedig Planck állandó értékénél, amely nullára hajlik.
Kvantumtérelmélet a modern részecskefizika matematikai és fogalmi kerete. Alkalmazza a kvantummechanika a folyamatos mezők klasszikus rendszereihez és speciális relativitáselmélet. Ez képezi a standard modell alapját.
Fő alkalmazása a nagy energiájú fizika, a szubatomi részecskék és kölcsönhatásaik tanulmányozására is szolgál, és segít megmagyarázni olyan jelenségeket, mint a CPT szimmetria, az antianyag létezése stb.
A kvantumtér-elmélet a 20. század közepén alakult ki, és a részecskék, mint ponttárgyak fogalmát egy térben és időben kialakult kvantumtérrel helyettesítette, és az összes elemi részecske a megfelelő mezők ingadozásaként vagy kvantumaként jelenik meg.
Ez az elmélet képes elmagyarázni, hogyan születnek és pusztulnak el a részecskék kvantumként a területen. A kvantumtérelmélet alkalmazása az elektromágneses jelenségekre nagyon sikeres, és ennek eredményeként a kvantumelektrodinamika az eddigi legpontosabb fizikai elmélet, számos gyakorlati alkalmazással. Ezt követően megpróbálták a kvantumtér elméletet más alapvető kölcsönhatásokkal összekapcsolni. És sikeresek, de gravitáció nélkül.
Így a klasszikus mezők és részecskék helyett, amelyek a klasszikus fizikában gyökeresen különböző tárgyak, egyesített fizikai objektumok jönnek - kvantummezők négydimenziós tér-időben, minden egyes részecsketípushoz egy. A kvantumtér az anyag legalapvetőbb és egyetemes formája, amely minden megnyilvánulásának alapja.
Az elektromágneses mező részei. Corpuscularis-hullám kettősség
1900-ban Max Planck először bevezette a fizika részének vagy kvantumának fogalmát, hogy elmagyarázza a testek hősugárzásának törvényszerűségeit. A kvantum E energiája arányos a frekvenciával v a kibocsátott elektromágneses hullám E = h.ν, ahol a h = 6,62,10 -34 Js arányossági együttható, később hívták Planck állandója.
A corpuscularis-hullám kettősség megköveteli a klasszikus mechanika törvényeinek felülvizsgálatát. Felmerül a kvantummechanika, amelynek másik fontos jellemzője a mikroszkopikus tárgyak mozgásának valószínűségi leírása.
A kvantumelvek a terület klasszikus nézeteinek, mint a térben folyamatosan elosztott objektumnak a felülvizsgálatát eredményezték. Másrészt a kvantummechanika részecskéit a with (x, t) hullámfüggvénynek megfelelően helyezzük el, amelynek értéke a hullám amplitúdója és a hullám amplitúdójának abszolút értékének négyzete, azaz. értéke | ψ | A 2. megadja annak valószínűségét, hogy megtalálja a részecskét a tér-idő koordinátáinak (x, t) pontjában.