Ж) Квантова теорія поля

Квантова теорія поля є поширення квантових принципів на опис фізичних полів в їх взаємодію і взаємоперетвореннях. Квантова механіка має справу з описом взаємодій порівняно малої енергії, при яких кількість взаємодіючих частинок зберігається. При великих енергіях взаємодії найпростіших частинок (електронів, протонів і т.д.) відбувається їх взаємоперетворення, тобто одні частинки зникають, інші народжуються, причому кількість їх міняється. Більшість елементарних частинок нестабільно, спонтанно розпадається до тих пір, поки не утворюються стабільні частинки - протони, електрони, фотони і нейтрони. При зіткненнях елементарних частинок, якщо енергія взаємодіючих частинок достатньо велика, відбувається множинне народження частинок різного спектру. Оскільки квантова теорія поля призначена для опису процесів при високих енергіях, тому повинна задовольняти вимогам теорії відносності.

Сучасна квантова теорія поля включає три типи взаємодії елементарних частинок: слабкі взаємодії, що зумовлюють головним чином розпад нестійких частинок, сильні і електромагнітні, відповідальні за перетворення частинок при їх зіткненні.

Квантова теорія поля, що описує перетворення елементарних частинок, на відміну від квантової механіки, яка описує їх рух, не є послідовною і завершеною, вона сповнена труднощів і протиріч. Найбільш радикальним способом їх подолання вважається створення єдиної теорії поля, в основу якої має бути покладено єдиний закон взаємодії первинної матерії - із загального рівняння повинен виводитися спектр мас і спінів всіх елементарних частинок, а також значення зарядів частинок. Таким чином, можна сказати, що квантова теорія поля ставить за мету вироблення більш глибокого уявлення про елементарні частинки, що виникає за рахунок поля системи інших елементарних частинок.

Взаємодія електромагнітного поля з зарядженими частинками (головним чином електронами, позитронами, мюонами) вивчається квантової електродинамікою, в основі якої лежить уявлення про дискретність електромагнітного випромінювання. Електромагнітне поле складається з фотонів, які мають корпускулярно-хвильові властивості. Взаємодія електромагнітного випромінювання з зарядженими частинками квантова електродинаміка розглядає як поглинання і випускання частинками фотонів. Частинка може випустити фотони, а потім поглинути їх.

Отже, відхід квантової фізики від класичної полягає у відмові від того, щоб описувати індивідуальні події, що відбуваються у просторі та часі, і використанні статистичного методу з його хвилями ймовірності. Мета класичної фізики полягає в описі об'єктів у просторі і часі і в формуванні законів, які керують зміною цих об'єктів у часі. Квантова фізика, що має справу з радіоактивним розпадом, дифракцією, випусканням спектральних ліній і тому подібними явищами, не може задовольнитися класичним підходом. Судження типу "такий-то об'єкт має таку-то властивість", характерне для класичної механіки, у квантовій фізиці замінюється судженням типу "такий-то об'єкт має таку-то властивість з такою-то ступенем вірогідності". Таким чином, у квантовій фізиці мають місце закони, що керують змінами ймовірності в часі, в класичній же фізиці ми маємо справу із законами, які керують змінами індивідуального об'єкта в часі. Різні реальності підпорядковуються різним за характером законам.

Квантова фізика в розвитку фізичних ідей і взагалі стилю мислення посідає особливе місце. До числа найбільших створінь людського розуму відноситься, безсумнівно і теорія відносності - спеціальна і загальна, що представляє собою нову систему ідей, що об'єднала механіку, електродинаміку і теорію тяжіння і дала нове розуміння простору і часу. Але це була теорія, яка в певному сенсі була завершенням і синтезом фізики XIX століття, тобто вона не означала повного розриву з класичними теоріями. Квантова ж теорія поривала з класичними традиціями, вона створила нову мову і новий стиль мислення, що дозволяє проникати в мікросвіт з його дискретними енергетичними станами і дати його опис за допомогою введення характеристик, відсутніх в класичній фізиці, що в кінцевому рахунку дозволило зрозуміти сутність атомних процесів.

Поиск по сайту: