Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
Основные идеи квантовой теории поля
32. Рассмотрим теперь некоторые теоретические попытки понять взаимодействие частиц. Вернемся к идее, высказанной в п. 9, согласно которой рассеяние следует рассматривать как проявление взаимодействия волны с волной. Классической идее о двух частицах, взаимодействующих с помощью сил, соответствует квантовомеханическая идея о взаимодействии волн де Бройля. Это означает, что волна де Бройля одной из частиц влияет на распространение волны де Бройля другой частицы. Такое влияние возможно лишь в том случае, если среда, в которой распространяются волны де Бройля, нелинейна, т. е. если «отклик» среды нелинеен.
В линейной среде, где распространение волн описывается линейным дифференциальным уравнением, любая линейная суперпозиция двух волн дает возможную волну, и присутствие одной волны не влияет на поведение другой.
33. Обсудим теперь свойства вакуума, или пустого пространства. В XIX веке, когда развивалась электромагнитная теория, вакуум был известен под другим наименованием. Его называли «эфиром». Рассуждая о волне, естественно поставить вопрос о том,
368
что же «колеблется»; физики прошлого века говорили, что колеблется эфир и что поведение электромагнитных волн в эфире описывается уравнениями Максвелла. Для физиков того времени было естественным желание понять электромагнетизм в рамках механических моделей и считать электромагнитные волны чем-то аналогичным упругим волнам в твердом теле. На создание таких моделей было затрачено много усилий. Механические свойства, которыми пришлось наделить эфир, оказались совершенно отличными от свойств любого мыслимого твердого тела или жидкости, но это само по себе не свидетельствовало против теории.
Механическая теория эфира вызывала, однако, серьезные возражения принципиального характера. Рассмотрение механических свейств эфира не вызывалось необходимостью и ничего не добавляло к пониманию электромагнитных явлений. Уравнения Максвелла сами по себе, без всякой механической интерпретации, содержат есе, что в классической электромагнитной теории имеет значение для эксперимента. Например, если мы хотим описать распространение радиоволн от одной антенны к другой, достаточно решить уравнения Максвелла с соответствующими граничными условиями, а наличие или отсутствие механической модели распространения волн не имеет значения. Постепенно физики поняли,, что для электромагнетизма имеют значение лишь уравнения Максвелла. Попытки построения механических моделей поэтому были-прекращены, и вопрос о том, «что на самом деле колеблется», был признан бессмысленным.
34. Появление специальной теории относительности ускорило кончину механической теории эфира. Постараемся понять, почему это прэизошло. Если свойства эфира в какой-то степени аналогичны; свойствам твердого тела или жидкости, то мы вправе ожидать существования некоторой инерциальной системы, по отношению к которой эфир покоится. С другой стороны, все соответствующие опыты указывали на невозможность определить состояние движения относительно эфира: все инерциальные системы полностью эквивалентны друг другу. Последнее утверждение является одной из основ специальной теории относительности. Если оно справедливо, что не вызывает у нас сомнений, то движущийся эфир должен иметь те же физические свойства, что и покоящийся. Такими качествами не может обладать никакое обычное твердое тело или жидкость. В связи с тем, что у эфира оказались фундаментально «немеханические» свойства, бессмысленным было пытаться наделить его другими механическими свойствами. '
35. Сегодня механический эфир изгнан из физики и Самойлов® «эфир» не встречается больше в учебниках. Мы говорим о «вакууме», демонстрируя тем самым отсутствие интереса к среде, в которой происходит распространение волн. Изучая электромагнитные волны или волны де Бройля, мы не спрашиваем больше о том, «что ко-^ леблется». Мы ограничиваемся, тем, что имеем волновое уравнений для этих волн, которое дает нам возможность предсказать экспериментально наблюдаемые явления._Как мы упоминали, эти волновые
уравнения должны быть нелинейными, если мы хотим описать с их помощью взаимодействие частиц. Получение таких волновых
Рис. 35А. Снимок образования и распада нейтральной антисигма-частицы в пузырьковой камере. В верхнем правом углу приведена схема, поясняющая наблюдаемые реакции и природу следов на снимке. Нейтральная частица (штриховые линии на схеме) не оставляет видимого следа в камере. Видимые следы искривлены, так как камера находится в магнитном поле, перпендикулярном к плоскости рисунка. Реакция рождения, в которой в результате ^столкновения антипротона с протоном образуются Х° и Д-частицы, происходит вследствие сильного взаимодействия. Благодаря электромагнитному взаимодействию 2°-частица распадается на Л-частицу и V-квант. За остальные распады, наблюдаемые на снимке, ответственны слабые взаимодействия
уравнений и извлечение из них экспериментальных предсказаний является задачей квантовой теории поля, которая претендует быть фундаментальной теорией элементарных частиц. В этой теории
