Elektromanyetik kuvvet fotonlar tarafından iletildiğine göre, mıknatıs neden ışığı çekmiyor?
Bildiğimiz kadarıyla, tüm kuvvetlerin etkileşimi temelde dört temel kuvvete atfedilebilir - elektromanyetik kuvvet, yerçekimi, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet. Örneğin, mıknatısların birbirini çekmesini sağlayan manyetik kuvvet ve temas kuvveti (sürtünme ve elastik kuvvet dahil) doğadaki elektromanyetik kuvvetlerdir.
Teoride, her temel kuvvet bir tür temel parçacık tarafından iletilir (yerçekimini ileten gravitonlar henüz keşfedilmemiştir) Elektromanyetik kuvveti örnek alırsak, iletimi fotonlara bağlıdır. Elektromanyetik etkileşim fotonları değiş tokuş edeceğine göre, neden iki mıknatısı birbirini çeken ya da bir nesne itildiğinde yayılan ışığı göremiyoruz?
Kuantum alan teorisine göre, elektromanyetik kuvvet taşıyan fotonlar sıradan fotonlar değil, sanal fotonlardır ve son derece kısa bir süre var olan bu tür sanal parçacıkları göremiyoruz. Sonra, Sanal foton elektromanyetik kuvveti nasıl iletir?
Sanal fotonlar, belirsizlik ilkesinin sonucu olan "ödünç alınmış" enerji ve momentum tarafından üretilen fotonlardır. Eth / 4'e göre sanal fotonlar da daha fazla enerji ödünç alır ve varoluş süreleri daha kısadır. Bu, yüklü bir parçacığın yakınında yüksek enerjili sanal fotonların üretileceği ve kısa bir mesafeden sonra yok olacağı anlamına gelir. Sanal fotonun enerjisi ne kadar düşükse, varoluş süresi o kadar uzun ve yayılma mesafesi o kadar uzundur. Sanal fotonların kısa sürede enerjinin ve momentumun korunumu yasasını ihlal edebileceği görülmektedir.
Yüklü bir parçacık sanal fotonlar ürettiğinde, yakında yakındaki başka bir yüklü parçacık tarafından emilecektir. Bu süreçte başka bir yüklü parçacık, ilk yüklü parçacık tarafından "ödünç alınan" enerji ve momentumu "geri ödüyor" Sonuç olarak, elektromanyetik kuvvet oluşturan enerji ve momentum aktarılır. Sanal fotonların yaratılmasından kaybolmalarına kadar geçen süre çok kısadır ve tüm sürecin enerjisi ve momentumu korunur.
Elektromanyetik kuvvetin iletimi gerçek fotonlara değil sanal fotonlara dayanmalıdır, aksi takdirde tüm süreçte enerjinin korunumu ve momentum yasası bozulacaktır. Örneğin, başlangıçta hareketsiz olan bir elektron bir foton yayarsa, sonuç bir elektron ve ters yönde hareket eden bir foton olacaktır.Bu bileşim başlangıçta hareketsiz elektrondan daha fazla enerjiye sahip olmalıdır.
Belirsizlik ilkesi bu çelişkiyi önler. Belirsizlik ilkesine göre, bir foton enerjisi E'ye sahip olabilir ve varoluş süresi t ~ / E'dir. Foton yeterince hızlı emildiği sürece, enerjinin ve momentumun korunumu yasası ihlal edilmeyecektir. Fotonların yeniden emilmesi gerektiğinden ve tespit edilemediğinden, bunlara sanal fotonlar denir.
Kuantum elektrodinamiğine göre, yüklü parçacıklar sanal fotonları yayabilir ve emebilir. Sanal fotonlar oldukları için, onları engellemeye çalışırsanız, iki yüklü parçacık arasındaki etkileşim gerçekleşmeyecek, bu yüzden bu fotonları asla gerçekten tespit edemeyeceğiz. Bu sanal fotonlar doğrudan gözlemlenemese de, gözlemlenebilir olayların olasılığına ölçülebilir bir katkıları vardır.
Sanal parçacıkların varlığıyla ilgili olarak, çok ünlü bir örnek Casimir etkisidir. Kuantum alan teorisi, boşlukta rastgele enerji dalgalanmalarının meydana geleceğini ve bir çift pozitif ve negatif sanal parçacıkla sonuçlanacağını öngörür. İki boş paralel metal plaka bir vakuma yerleştirilirse, metal plakalar arasındaki sanal parçacıkların yoğunluğu azalacak ve bu da iki metal plakanın, deneylerle doğrulanan yerçekimine ek olarak emme oluşturmasına neden olacaktır. .
