|
== Квантова теорія поля як узагальнення квантової механіки ==
Квантова механіка блискучеуспішно вирішиларозв'язала найважливішуважливу з проблемпроблему — проблему Атомаатома, а також дала ключ до розуміння багатьох інших загадок мікросвіту. Але в той же часводночас «найстарше» з полів — електромагнітне поле — описувалося у цій теорії класичними [[Рівняння Максвелла|рівняннями Максвелла]], тобто розглядалирозглядалося по суті як класичне безперервненеперервне поле. Квантова механіка дозволяє описувати рух електронів, протонів та інших частинок, а не їхїхнє породженнянадження абота знищення, тобто застосовується лише для опису систем з незмінним числом частинок. Найбільш цікаваНайцікавіша в електродинаміці завданнязадача про випущеннівипромінювання і поглинання електромагнітних хвиль зарядженими частинками, що на квантовій мові відповідає породженнянадженню або знищеннязнищенню фотонів, по суті виявляється поза межами її компетенції. При квантовомеханічному розгляді, наприклад, атома водню можна отримати дискретний набір значень енергії електрона, моменту кількості руху та ін.інших фізичних величин, що належатьхарактеризують до різнихрізні станів атома, можна знайти, яка ймовірність знайти електрон на певній відстані від ядра, але переходи атома з одного стану в інший, що супроводжуються випусканнямвипромінюваням або поглинанням фотонів, описати не можна (принаймні послідовно). Квантова механіка дає лише наближений опис [[Атом|атома]], справедливе в тій мірінастільки, в якійнаскільки можна знехтувати ефектами випромінювання.
ПороджуватисяНаджуватися і зникати можуть не тільки фотони. Одна з найбільш вражаючих і, як з'ясувалося, загальних властивостей мікросвіту — універсальна взаємна перетворення частинок. Або «мимовільно» (на перший погляд), або в процесі зіткнень одні частинки зникають і на їх місці з'являються інші. Так, фотон може породити пару електрон-позитрон, при зіткненні протонів і нейтронів можуть народжуватися [[Піони|пі-мезони]]. Пі-мезон розпадається на [[мюон]] і [[Нейтрино]] і так далі. Для опису такого роду процесів знадобилося подальший розвиток квантової теорії. Однак нове коло проблем не вичерпується описом взаємних перетворень частинок, їх породження та знищення. Більш загальна і глибока завдання полягало в тому, щоб «проквантувати» поле, тобто побудувати квантову теорію систем з нескінченним числом ступенів свободи. Потреба в цьому була тим більш нагальною, що, як вже зазначалося, встановлення корпускулярно-хвильового дуалізму виявило хвильові властивості у всіх «часток». Рішення зазначених проблем і є метою узагальнення квантової механіки, яке називається квантовою теорією поля.
Щоб пояснити перехід від квантової механіки до квантової теорії поля., скористаємося наочною аналогією. Розглянемо спочатку один гармонійний [[осцилятор]] — матеріальну точку, що коливається подібно до маятника. Перехід від класичної механіки до квантової при описі такого маятника виявляє ряд принципово нових обставин: допустимі значення енергії виявляються дискретними, зникає можливість одночасного визначення його координати і імпульсу. Однак об'єктом розгляду залишається маятник ([[осцилятор]]), тільки величини, які описували його стан в класичній теорії, замінюються, відповідно до загальних положень квантової механіки, відповідними операторами.
|
