КЭД Странная теория света и вещества - Феинман Р.
ISBN 5-02-013883-5
Скачать (прямая ссылка):
105
каждой из которых сто тысяч слагаемых. Это фантастические вычисления, и выполняются они прямо сейчас.
Я уверен, что в ближайшие годы теоретическое и экспериментальное значения магнитного момента будут получены с точностью до еще большего числа знаков. Конечно, я не уверен, что два значения будут по-прежнему совпадать. Ничего нельзя сказать, пока не будут выполнены расчеты и эксперименты.
Итак, мы совершили полный круг и вернулись к числу, которое я выбрал в начале лекций, чтобы произвести на вас впечатление. Надеюсь, теперь вы гораздо лучше понимаете значение этого числа: по нему видно, с какой потрясающей точностью мы все время проверяем правильность этой странной теории — квантовой электродинамики.
Читая эти лекции, я получил истинное наслаждение, показывая, что столь точная теория создается ценой разрушения здравого смысла. Мы должны примириться с очень причудливыми явлениями: усилением и подавлением вероятностей, отражением света от всех частей зеркала, распространением света не по прямой и со скоростью, меньшей или большей обычной скорости света, движением электронов вспять во времени, внезапным распадом фотонов на электрон-позитронные пары, и т. д. Мы должны примириться со всем этим — чтобы осознать, какие действия Природы лежат на самом деле в основе практически всех наблюдаемых нами явлений.
Если не считать технических деталей, связанных с поляризацией, я описал вам лежащую в основе нашего понимания этих явлений концепцию. Мы рисуем амплитуду, каждого из способов осуществления события, складываем эти амплитуды, в то время как в обычных условиях мы сложили бы вероятности, и умножаем амплитуды, в то время как в обычных условиях мы перемножили бы вероятности. На первых порах трудно думать обо всем на языке амг титул из-за их абстрактности. Но человек вскоре привык ет к этому странному языку. Множество наблюдаемых н.пи ржедневно явлений основано всего лишь на трех основных действиях: одно описывается простой константой св/ :и, Лва других — тесно связанными друг с другом функциями P(A—В) и E(A—В). Вот и все—и отсюда вытекают \-.ze остальные законы физики.
Однако прежде чем закончить эту лекцию, мне хотелось бы сделать несколько дополнительных замечаний. Можно понять дух и характер квантовой электродинамики, и не рассматривая технических деталей, связанных с г.оляри-106
зацией. Но я уверен, что вам будет как-то не по себе, если і не расскажу вам немного о том, что до сих пор опускал. Л^азывается, фотоны бывают четырех видов, называемых «состояниями поляризации». Геометрически эти состояния связаны с пространственными и временным направлениями.
аким образом, имеются фотоны, поляризованные в X-, Y-, Z- и Г-направлениях. (Возможно, вы где-нибудь слышали, что свет имеет только два состояния поляризации — например, фотон, летящий в Z-направлении, может быть поляризован только в X- или F-направлениях. Ну конечно, вы уже догадались: если фотон распространяется h^ большие расстояния и летит со скоростью света, амплитуды для Z- и Г-компонент взаимно уничтожаются. Но в атоме, когда электрон и протон обмениваются виртуальным фотоном, наиболее важна Т-компонента.)
Аналогично, и электрон находится в одном из четырех состояний, которые тоже связаны с геометрией, но более тонким образом. Мы можем назвать эти состояния 2, 3 и 4. Вычисление амплитуды попадания электрона из точки А пространства-времени в точку В при этом усложняется, так как мы теперь можем задавать такие вопросы: «Какова •j шлитуда того, что, вылетев из точки А в состоянии 2, электрон попадает в точку В в состоянии 5?» Шестнадцать возможных комбинаций — соответствующих четырем воз-: іжньім начальным состояниям электрона в Л и четырем возможным конечным состояниям в В — математически Ч""стым образом заключены в формуле для E(A—В), о • торой я вам уже рассказывал.
Для фотонов такой модификации не требуется. Фотон, поляризованный в Х-направлении в точке А, останется п іяризованньїм в Х-направлении и в точке В, попав туда с амплитудой P(A—В).
Благодаря поляризации происходит большое количество всевозможных взаимодействий. Например, мы можем спросить: «Какова амплитуда того, что электрон в состоянии 2 поглощает фотон, поляризованный в Х-направлении, и превращается в электрон в состоянии 5?» Не все возможные типы поляризованных электронов и фотонов взаимодействуют между собой, но те, что взаимодействуют, делают это с амплитудой /. (В некоторых случаях необходим еще дополнительный поворот стрелки на угол, кратный
Существование состояний поляризации и природа взаимодействий могут быть очень изящно и красиво выведены із принципов квантовой этектродинамики и двух дополни-
107
тельных предположений: 1) результаты эксперимента не меняются, если экспериментальную установку повернуть на произвольный угол, и 2) они также не меняются, если установка движется в пространстве в космическом корабле с произвольной скоростью. (Это принцип относительности.) Этот изящный и общий анализ показывает, что каждая частица относится к тому или иному поляризационному классу. Так, мы говорим, что есть частицы со спином О, спином V2, спином 1, спином 3/2, спином 2 и т. д. Частицы различных классов ведут себя по-разному. Частица со спином 0 — самая простая — имеет одну компоненту и вообще не поляризована. (Рассмотренные в этой лекции фальшивые фотон и электрон — это частицы со спином 0. Фундаментальные частицы со спином 0 до сих пор не обнаружены.) Настоящий электрон — это пример частицы со спином V2, а настоящий фотон — частицы со спином 1. Частицы со спином V2 и 1 имеют четыре компоненты. Частицы других классов имеют больше компонент; например, частицы со спином 2 имеют десять компонент.
