Античастицы. Физический вакуум. Квантовая теория поля

Квантовая механика описывает объекты микромира. В 1927 году их было известно три: электрон, протон и фотон (нейтрон – в 1932 г.). Было ясно, что двигаются они со скоростями, близкими к скорости света, и строгое описание их требует применения специальной теории относительности. Дирак составил уравнение, которое описывало движение электрона с учетом законов и квантовой механики и теории относительности Эйнштейна и получил формулу для энергии электрона, которой удовлетворяли два решения: одно давало электрон с положительной энергией, другое – неизвестный электрон-двойник, но с отрицательной энергией. Частица была названа позитроном. При встрече позитрона с электроном они аннигилируют (исчезают).

Теория Дирака получила признание после того, как в 1932 году американский физик К. Андерсон обнаружил позитрон в составе космических лучей (в камере Вильсона, помещенной между полюсами электромагнита, позитрон оставлял такой же след, как и рождавшийся одновременно с ним электрон, только этот след был закручен в противоположную сторону).

Так возникло представление о частицах и соответствующих им античастицах, о мирах и антимирах. Была разработана квантовая электродинамика. Суть ее в том, что поле не рассматривается как непрерывная среда. Дирак применил к теории электромагнитного поля правила квантования, в результате чего получил дискретные значения поля.

Считалось, что электромагнитного поля нет, если нет квантов этого поля – фотонов. Следовательно, в этой области пространства должна быть пустота, т.к. специальная теория относительности победила представления об эфире. Сейчас можно сказать, что вакуум пуст только в среднем. В нем постоянно рождается и исчезает огромное количество виртуальных частиц и античастиц. Вакуум в квантовой теории поля определяется как наинизшее энергетическое состояние квантованного поля, энергия которого равна нулю только в среднем. Рождение и исчезновение частиц не нарушают закона сохранения энергии согласно принципу неопределенности Гейзенберга (ΔЕΔt ≥ h)

Дата добавления: 2014-01-03