КЭД Странная теория света и вещества - Феинман Р.
ISBN 5-02-013883-5
Скачать (прямая ссылка):
Движущийся вспять электрон, если его рассматривать в правильном направлении времени, оказывается таким же, как обычный электрон, за исключением того, что притягивается к нормальному электрону — мы говорим, что у него «положительный заряд». (Если бы я учел поляризацию фотонов, стало бы очевидно, почему / у движущегося вспять электрона имеет обратный знак, делая его заряд положительным.) По этой причине он называется «позитроном». Позитрон — это частица, родственная электрону. Он представляет собой пример «античастицы» *).
Это общее явление. Каждая частица в Природе обладает амплитудой движения вспять во времени, и, следовательно, имеет античастицу. Когда частица и античастица сталкиваются, они аннигилируют и образуют другие частицы. (При аннигиляции электрона и позитрона получается обычно фотон или два фотона.) А что же фотоны? Как мы видели, фотоны совершенно не изменяются при движении вспять во времени — поэтому они сами себе античастицы. Видите, как ловко мы сделали исключение частью правила.
Я хотел бы показать вам, как выглядит этот движущийся вспять электрон, когда сами мы движемся вперед по времени. Проведя для наглядности ряд параллельных прямых, я разделю диаграмму на временные отрезки точками T0, . . ., T10 (см. рис. 64). Мы начинаем в момент времени T0: электрон и фотон движутся навстречу друг другу. Внезапно в момент времени T3 фотон превращается в две частицы, позитрон и электрон. Позитрон живет недолго: вскоре, в момент T6, он сталкивается с электроном, и при их аннигиляции образуется новый фотон. Тем временем электрон, образовавшийся из первоначального фотона, продолжает двигаться в пространстве-времени.
*) Дирак предсказал существование «антиэлектронов» в 1931 г., а в следующем году Карл Андерсон обнаружил их экспериментально и назвал «позитронами». Сегодня позитроны легко изготовляются (например, при столкновении двух фотонов) и хранятся неделями в магнитном поле.
88
Следующее, о чем я хотел бы рассказать,— это электрон в атоме. Чтобы понять поведение электронов в атомах, мы должны добавить в нашу картину мира еще один важный объект — тяжелое ядро в центре атома, содержащее по крайней мере один протон. (Протон — это ящик Пандоры,
Время
Рис 64. Рассмотрим пример в на рис. 63, двигаясь только вперед во времени (как мы вынуждены поступать в лаборатории). От момента времени T0 до T3 мы видим, что электрон и фотои летят навстречу друг другу. Внезапно в момент T3 фотон «распадается» и появляются две частицы: электрон и частица нового типа — «позитрон» (представляющая собой электрон, движущийся вспять во времени). По-еитрои движется навстречу исходному электрону. В момент времени Ть позитрон аннигилирует с исходным электроном и образуется новый фотон. Тем временем образованный исходным фотоном электрон продолжает лететь вперед по пространству-времени. Такая последовательность событий наблюдается в лаборатории, она автоматически, не требуя никаких изменений, учитывается формулой E(A—В)
который мы откроем на следующей лекции.) Я не буду объяснять вам в этой лекции истинные законы поведения ядра — они очень сложны. Но в данном случае, когда ядро спокойно, мы можем приближенно описать его как частицу с амплитудой попадания из одной точки пространства-времени в другую по формуле E(A—В), но со значительно большей величиной параметра п. Поскольку ядро по сравнению с электроном очень тяжелое, мы можем приближенно считать, что двигаясь во времени, оно стоит практически на одном месте в пространстве.
Простейший атом — атом водорода — состоит из протона и электрона. Протон удерживает танцующий вокруг него электрон, обмениваясь с ним фотонами (см. рис. 65) *). Атомы, содержащие более одного протона и соответствующее количество электронов, также рассеивают свет (атомы атмосферного воздуха рассеивают солнечный свет и делают небо голубым), но на диаграммах для таких атомов было бы
*) Амплитуда обмена фотоном равна (—J)-P(A —B)-J—два взаимодействия и амплитуда попадания фотона из одной точки в другую. Амплитуда взаимодействия протона с фотоном равна —/.
89
так много прямых и волнистых линий, что получилась бы полная неразбериха!
Теперь я хотел бы показать вам диаграмму рассеяния света электроном в атоме водорода (см. рис. 66). В то время как элек' рон и ядро обмениваются фотонами, извне к атому прилетает фотон, сталкивается с электроном и поглощается им; затем излучается новый фотон. (Как обычно, надо рассмотреть и другие возможности, например, сначала излучается новый фотон, а потом уже поглощается старый фотон.) Амплитуды всех возможных способов рассеяния
Время
Протон Электрон
Пространство
Рис. 65. Электрон удерживается вблизи от ядра атома путем обмена фотонами с протоном («ящнк Пандоры», в который мы заглянем в четвертой лекции). Воспользуемся сока приблизительным определением протона как неподвижной частицы. Здесь показан атом водорода, состоящий из протона и электрона, обменивающихся фотонами
Время Протон Электрон
Рассеянный qjomOH
Падающий. Фотон
