Kuantum alanı nedir ve madde ile nasıl etkileşir?
Kuantum alanı, klasik alanın kuantum kuramsal bir genellemesidir. Klasik alanın iki ana prototipi şunlardır: Maxwell'in elektromanyetik alanı ve Einstein'ın yerçekimi alanı. Niceleme işlemi şu şekilde anlaşılabilir: İlk olarak, alan denklemini yeniden ayarlayın (hala klasik bir alan) ve matematiksel işleçlerdeki bazı değerleri değiştirin (bu bölüm saf cebir veya hesap kategorisine aittir ve fiziği içermez). Bununla birlikte, daha sonra, klasik teoride olmayan çözümleri içeren önceki adımda oluşturulan operatör değeri denklemini "hesaplamalı" ve şu sonuca varmalıyız (gözlemle doğrulanan): bu "saçma" ( Sezgisel bir bakış açısından, matematiksel bir bakış açısından değil) yeni çözüm, doğayı doğru bir şekilde tanımlayabilir ve klasik teoriye aykırı tüm gözlemlenebilir kuantum davranışlarını içerebilir.
Kaynak: google
Kuantum alan teorisinin kullanımının birkaç teorik temeli vardır. Birincisi, kuantum alan teorisi, klasik alan teorisinin doğal bir uzantısıdır.Klasik alan teorisi, insanoğlunun doğa hakkındaki en önemli teorisidir (kuantum alanı hariç). İkincisi, kuantum alan teorisi, parçacıkların doğumunu ve yok edilmesini (insanlar tarafından gözlemlenen ve sistematik olarak incelenen) açıklayabilir ve bu süreçler kuantum mekaniğinde mevcut değildir. Üçüncüsü, kuantum alan teorisi doğası gereği görecelidir ve göreli kuantum parçacıkları teorisinde de var olan nedensel problemi çözmek için "sihirli bir şekilde" (onu gerçekten çözemez, basit matematiksel düzeyde) çözebilir.
ancak, Kuantum alanı madde ile etkileşmez . Kuantum alan teorisinde, insanların parçacık olarak düşündüğü madde aslında kuantum alanının kendisinin uyarılmasıdır.
Örnek: Parçacık hareketinin üstten görünümü
Kuantum alan teorisinin en basit ve en pratik olanı kuantum elektromanyetiktir. Kuantum elektromanyetikte iki alan vardır: elektromanyetik alan ve "elektronik alan". Sürekli etkileşimde bulunurlar, enerjiyi ve momentumu dönüştürürler ve yaratımı veya yıkımı teşvik ederler. Örneğin, kuantum elektrodinamiğinde fotonların elektron soğurma sürecinin elektromanyetik alan ile elektronik alan arasındaki özel bir etkileşim olduğuna sezgisel olarak inanıyoruz. Bu süreçte, elektromanyetik alan bir uyarma kuantumunu kaybeder, elektronik alan ise enerji, momentum ve açısal momentum kazanır.
Diyagram: Elektron ve fotonların etkileşimi
Vahiy 1: Alan, en temel nesnelerden biridir.
Okul bize maddenin temel bileşenlerinin parçacıklar olduğunu öğretir. Aslında bu terim üniversiteye kadar hala kullanılıyor, kuarkların ve elektronların maddenin tüm temel unsurlarını oluşturan Lego blokları gibi olduğunu açıklamak için kullanıyoruz.
Ancak bu açıklamada daha derin bir gerçek var. En büyük fizik kanunlarına göre doğayı oluşturan temel unsurların dağınık parçacıklar olmadığını biliyoruz. Aksine, bu temel unsurlar uzaya dağılmış, sürekli, akışkan maddedir. Biz buna malzeme alanı diyoruz. En aşina olduğumuz alanlar elektrik ve manyetik alanlardır.Bu alanlardaki dalgalanmalar, ışık dediğimiz şeyi veya daha genel olarak elektromanyetik dalgalar üretir. Demir talaşları, çubuk mıknatısın oluşturduğu manyetik alanın yönünü değiştirecektir.
Kaynak: bing
Vahiy 2: Parçacıklar sahadan gelir.
Elektromanyetik dalgaları yeterince dikkatli gözlemlerseniz, elektromanyetik dalgaların aslında fotonlar gibi parçacıklardan oluştuğunu göreceksiniz. Kuantum mekaniğinin etkisi hesaba katılırsa elektrik ve manyetik alanlardaki dalgalanmalar parçacıklara dönüşecektir.
Bununla birlikte, bildiğimiz diğer parçacıklar da yukarıda açıklanan işlemle üretilir. Evren elektronik alanlarla ince bir şekilde dağılmıştır ve elektronik alanın dalgalanmaları kuantum mekaniği nedeniyle bir enerji ışınına dönüşecektir. Bu enerji ışınına elektron diyoruz. Tesadüfen uzayda kuark, gluon ve Higgs bozon alanları vardır. Vücudumuzdaki her parçacık, aslında, evrendeki her parçacık, kuantum mekanik bir sistem tarafından bir parçacık haline getirilmiş, potansiyel bir alanın küçük bir dalgasıdır.
Örnek: Proton çarpışmasından çıkan Higgs bozonu
Vahiy 3: Hayat kolay değildir, kuantum alan teorisi de öyle.
" Kuantum alan teorisi şu ana kadar modern fizikteki en zor teoridir - 25 yıldır hiç kimse onun varlığına tam olarak inanmamıştır. . "Edward Witten
Kuantum alanı karmaşık bir nesnedir. Bunun bir nedeni, fiziğin tüm alanlarını kapsamasıdır: kuantum alanları, çeşitli şekillerde etkileşime giren çok sayıda parçacığı tanımlayabilir. Bununla birlikte, bu zorlukları çözmeden önce, ezoterik kuantum alan teorisinin başka bir nedeni var.
Örnek: Vakum boş değil
Yukarıdaki resim, bilgisayar simülasyonlu bir vakumu, yani tüm parçacıkların olmadığı bir vakumun görünümünü göstermektedir. Gördüğümüz gibi, bu boşluk ortamı tekdüze değildir. Heisenberg belirsizlik ilişkisi, kuantum alanının statik olmadığı anlamına gelir. Tam tersine sürekli olarak üretilen ve yok edilen parçacıkların ve anti-parçacıkların oluşturduğu kaynayan bir çorba gibi köpürür ve kaynar. Kuantum alan teorisinin derinliği bu sürecin karmaşıklığından kaynaklanmaktadır.Kantum alan teorisindeki hiçliği anlamak bile çok zordur. Vakuma parçacık eklemeye başladığımızda, çeşitli ilginç şekillerde bükülecektir. Kuantum alan teorisi üzerine yapılan çoğu araştırmanın amacı, bu bozulmayı, distorsiyonun parçacıklar arasındaki etkileşime nasıl neden olduğunu ve nihayetinde parçacıkların etkileşiminin çevremizdeki çeşitli güzel doğa olaylarını nasıl oluşturduğunu anlamaktır. Bu anlayış süreçleri kolay değildir. Kuantum alan teorisinin keşfedilmesinden bu yana onlarca yıl geçmesine rağmen, kuantum alan teorisinin tüm inceliklerini anlamak için hala uzun bir yolumuz var.
Referans
1. Wikipedia
2. Astronomik terimler
3. forbes-Lin Moqi
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
