Kuantum alan nedir? Madde ile nasıl etkileşim kurar?
Kuantum alanı, klasik alanın teorik bir özetidir. Maxwell elektromanyetik alanı ve Einstein metrik yerçekimi alanı olduğunu bildiğimiz iki tipik klasik alan vardır. Niceleme sürecini düşünmenin bir yolu, ilk olarak (hala klasik olan) alan denklemini, bazı sayısal değerler yerine matematiksel işlem sembollerine dayalı olarak yeniden yapılandırmaktır (bu kısım saf cebir veya hesaptır, yeni fizik henüz tanıtılmamıştır); Daha sonra, klasik teoride görünmeyen çözümler dahil olmak üzere elde edilen operatör değeri denklemlerini "çözeriz" ve sonra bu yeni "anlamsız" (matematiksel olarak anlamlı olmaktan çok sezgisel) çözümlerin doğru olduğunu iddia ederiz (gözlemle doğrulanır) Klasik teori ile çelişen tüm gözlemlenen kuantum davranışları dahil olmak üzere doğayı açıklar.
Kuantum alanlarını kullanmanın birkaç temel ilkesi vardır. Birincisi, bu, çeşitli klasik alan teorilerinin doğal bir genellemesidir, bunlar doğa için geliştirdiğimiz en başarılı (kuantum dışı) teorilerdir. İkinci olarak, kuantum alan teorisi, kuantum mekaniğinde var olmayan parçacıkların ve süreçlerin (gözlemlenen ve çalışılan) yaratılmasını ve yok edilmesini açıklayabilir. Üçüncüsü, kuantum alan teorisi doğası gereği görecelidir ve "sihirli bir şekilde" (doğru değil, sadece zarif matematik) göreli kuantum parçacık teorisini bile rahatsız eden nedensellik problemini çözer.
Ancak kuantum alanı madde ile etkileşime girmez. Kuantum alanı maddedir. Kuantum alan teorisinde, parçacıkların kuantum alanının kendisi tarafından uyarıldığına inanıyoruz.
En basit "pratik" kuantum alan teorisi, kuantum elektromanyetiktir. Kuantum elektromanyetikte aynı anda iki tür alan vardır: elektromanyetik alan ve "elektronik alan". İki alan birbiriyle etkileşime girmeye devam ediyor, enerji ve momentum aktarılıyor, uyarılıyor, yaratılıyor ve yok ediliyor. Bu nedenle, örneğin, sezgilerimiz tarafından tanımlanan nötronların elektron absorpsiyonu fenomeni, kuantum elektrodinamiğindeki elektromanyetik alan ile elektronik alan arasındaki spesifik etkileşimdir.Elektromanyetik alan bir uyarma kuantumunu kaybeder ve elektronik alan enerjisini kazanır. , Momentum ve açısal momentum.
Ders 1: Alan en temel maddedir. Okulda maddenin temel yapı taşlarının parçacıklar olduğunu öğrendik. Aslında bunu üniversitede öğretmeye devam edeceğiz.Üniversitede kuarkların ve elektronların Lego tuğlalarını oluşturduğunu ve tüm maddelerin bu tür Lego tuğlalardan üretildiğini anlatacağız.
Ancak bu ifade derin bir gerçeği gizliyor. En mükemmel fizik yasalarımıza göre, doğanın temel yapı taşları tamamen ayrı parçacıklar değildir. Aksine, boşluk boyunca dağılmış bir sıvı gibi sürekli bir madde vardır. Bu maddelere alanlar diyoruz. En çok bilinen alanlar elektrik ve manyetik alanlardır. Bu alanların dalgaları ışık veya daha genel olarak elektromanyetik dalgalar üretir. Manyetik alanda demir talaşlarının belirli bir yönü olduğu fenomenine çubuk mıknatıs neden olur.
Ders 2: Parçacıklar alanlar tarafından üretilir. Elektromanyetik dalgalara yeterince yakın gözlemlerseniz, bunların nötronlardan oluştuğunu göreceksiniz. Kuantum mekaniğinin etkilerini dahil ettiğimizde, elektrik ve manyetik alanların dalgaları parçacık haline gelir.
Ancak bildiğimiz diğer tüm parçacıklar için aynı süreç iş başında. Evrende, elektrik alanı dediğimiz, evrenin her tarafına dağılmış ince bir şeyler tabakası vardır. Elektrik alanın dalgaları, kuantum mekaniği tarafından bir enerji demetine bağlanır. Bu enerji demeti elektron dediğimiz şeydir. Benzer şekilde kuark, gluon ve Higgs bozon alanları vardır. Bedeninizdeki her parçacık - aslında, evrendeki her parçacık - kuantum mekaniğinin mekanizması tarafından parçacığın temel alanına şekillendirilmiş küçük bir dalgalanmadır.
Ders 3: Tıpkı yaşam gibi, QFT de zordur!
"QFT şu anda modern fizikteki en zor teoridir ve 25 yıl içinde buna kimse tam olarak inanamaz." -E.Witten
Kuantum alanı karmaşık bir konudur. Sebebinin bir kısmı, tüm fiziği kapsamasıdır: Bir alan çok sayıda parçacığı tanımlayabilir ve sayısız şekilde hareket edebilir. Ancak, bu sorunlara ulaşmadan önce, kuantum alanlarının anlaşılmasının zor olmasının başka bir nedeni daha var.
Yukarıdaki animasyon, vakumun bir bilgisayar simülasyonudur. Bu, bir vakumun görünüşüdür, tamamen parçacıklardan arınmış bir alan. Bu hiç de sıkıcı görünmüyor. Heisenberg'in belirsiz ilişkisi, kuantum alanının statik kalamayacağı anlamına gelir. Durgunluğun aksine, fokurdayan ve kaynayan, sürekli yaratılan ve yok edilen, sürekli köpüren parçacıklardan ve antiparçacık çorbasından oluşan bir kaptır. QFT'yi aşırı derecede zorlaştıran bu karmaşıklıktır.
QFT'de hiçliğin bile anlaşılması çok zordur. Parçacık eklemeye başladığınızda, vakum ilginç şekillerde dönecektir. Birçok QFT araştırması, bu bozulmayı anlamak, parçacıklar arasında nasıl farklı etkileşimlere neden olduğunu anlamak ve nihayetinde çevremizdeki çeşitli doğa güzelliğini nasıl yarattığını anlamaktır. Bu çok zor. QFT'yi keşfettikten yıllar sonra bile onun inceliklerini anlamaktan hala çok uzağız.
Referans
1. Wikipedia
2. Astronomik terimler
3. Viktor T. Toth-Qilixiang
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
