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量子场论:当一个虚粒子对湮灭时,通常由这种相互作用释放的光子会发生什么?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-12-15 08:35:01

我觉得用费曼图来解释最好。这里有一个基本的:

子场论:当一个虚粒子对湮灭时,通常由这种相互作用释放的光子会发生什么

两条黑线是两个电子从屏幕底部移动到顶部。中间出现一个光子(虚线)。

我们可以说,左边的电子发射光子(并被偏转到左边)。电子吸收了它,并向右偏转。最终的结果是电子相互反弹。光子出现,消失,但就图而言,它和其他粒子一样真实。

但这只是看待问题的一种方式。另一种方法:假设粒子-反粒子对在图的中间自发形成。它们湮灭,释放两个光子。两个电子都吸收一个,然后反射出去。

哪个是正确的?两个!从数学上讲,费曼计算是所有可能历史的总和。这包括“光子发射”一个和“粒子湮灭”一个,以及无数个其他粒子,其概率各不相同。粒子的作用是一个哲学问题;你不能看着它。唯一可观察到的答案是和。

粒子/反粒子也可以出现在真空中。事实上,他们必须这样做:如果你可以肯定地说能量恰好为0,这将违反海森堡不确定原理的一种形式:
 

ΔEΔt>h


也就是说,空间中的能量并不是完全精确的。所以那些由粒子/反粒子相互作用产生的光子确实存在,以某种程度的精度存在,但未知。

事实上,狄拉克将其表述为一个无限的额外能量的海洋,它可以参与相互作用,就像上面的费曼图。但整体效果受能量守恒定律的限制。只是根据海森堡,总能量有一定的不确定性。

我在这里处理的一个细节是:费曼所用的方程也涉及负能量。负能量不可能是真实的,也不能被测量,但它们在方程中出现的方式和虚粒子一样。把所有的历史加起来,负能量平衡出来以保持能量,达到上面海森堡方程的精度范围内。这是观察这些光子走向的另一种方式:当它们与负能量相互作用时,它们所代表的能量消失了。与其他虚粒子一样,你不能直接观察它们,只能通过它们对方程的影响来观察。

它们没有被“标记”为虚拟;他们也可以逃离互动,成为“真实的”。区别是学术的:费曼图中最重要的是什么进来了,什么出去了。有时,出来的粒子会和进去的粒子不同,你可以说,一些粒子消失在海里,另一些粒子出现在海里。区别是语义上的;数学并不关心。
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