Сохранение заряда или сохранение энергии

Сейчас полагают, что каждое из четырех фундаментальных взаимодействий возникает как следствие инвариантности таких законов природы, как сохранение заряда или сохранение энергии, относительно некоторой операции локальной симметрии, когда определенный параметр изменяется независимо в каждой точке пространства. Более наглядному представлению этих математических идей может помочь аналогия с идеальным резиновым диском. Если считать форму диска неким законом природы, а перемещение какой-то точки на диске рассматривать как операцию локальной симметрии, то диск может сохранить свою форму, даже если все его точки независимо переместятся. Такое перемещение растянет диск, так что между его точками начнут действовать силы. Подобным образом фундаментальные силы в калибровочных теориях есть неизбежное следствие операций локальной симметрик: они нужны, чтобы сохранить симметрию.

Из трех взаимодействий в мире элементарных частиц только электромагнетизм может быть объектом нашего повседневного опыта. Солнечный свет, искра при разряде, колебания стрелки компаса — все это проявления электромагнитного взаимодействия. На субатомном уровне электромагнитное взаимодействие приобретает новые, не знакомые нам черты. Согласно релятивистской квантовой теории, которая устанавливает связь между веществом и энергией, электромагнитное взаимодействие вызывается фотонами — безмассовыми «силовыми» частицами, которые несут дискретные порции энергии. Квантовая теория электромагнетизма, которая описывает порождаемое фотонами взаимодействие электрически заряженных частиц, называется квантовой электродинамикой (КЭД).

Квантовая электродинамика, как и другие теории фундаментальных взаимодействий, является калибровочной теорией. Электромагнитные силы могут быть выведены в КЭД из требования, чтобы уравнения, описывающие движение заряженных частиц, оставались неизменными при операциях локальной симметрии. Более точно, если фаза волновой функции, которая описывает состояние заряженной частицы в квантовой теории, изменяется независимо в каждой точке пространства, то для сохранения симметрии КЭД требует введения электромагнитных взаимодействий и порождающих их частиц — фотонов.

 

 

0 Коментариев

Вы можете быть первым =)

Оставить коментарий