Что такое частица? Наглядное объяснение квантовой теории поля

Чтобы подробно ознакомиться с обсуждаемыми концепциями, перейдите по ссылке: https://brilliant.org/arvinash — регистрация бесплатная! Первые 200 человек получат скидку 20% на годовую подписку. Видеоролик для справки: Частицы или волны: https://www.youtube.com/watch?v=r8xBSRkzImg Квантовая теория поля: https://www.youtube.com/watch?v=jlEovwE1oHI Главы: 0:00 — История частицы 1:22 — Корпускулярно-волновой дуализм 4:22 — Где уравнение Шредингера не работает 5:10 — Что такое квантовая теория поля 5:54 — Простая визуализация квантовой теории поля 10:11 — Что означает «фундаментальный»? 11:22 — Какое определение частицы является наилучшим? Краткое содержание: Спросите 10 физиков, что такое частица: вы получите 10 разных ответов. Квантовая механика с помощью уравнения Шредингера показала, что квантовые объекты — это не частицы, а волны, размазанные в пространстве до момента измерения. Они описываются математическим термином, называемым волновой функцией. Она не говорит нам, где находится частица, а лишь вероятность того, где она могла бы оказаться, если бы мы её измерили. Является ли частица коллапсировавшей волновой функцией? Возможно, но это описание не совсем верное, поскольку мы не знаем, что означает коллапс волновой функции. Квантовая механика показывает, что фотоны — это волновой пакет. Этот волновой пакет можно рассматривать как разновидность частицы. Нечто подобное можно сделать и для описания других частиц. Уравнение Шредингера не работает, когда объекты движутся со скоростью, близкой к скорости света. Оно не учитывает специальную теорию относительности. В 1930-х годах учёные, такие как Дирак, нашли его модификацию, совместимую со специальной теорией относительности. Это привело к появлению квантовой теории поля (КТП). В квантовой теории поля то, что мы называем частицами, — это квантованные волны в поле, распространённом в пространстве-времени. Идея квантованных полей стала необходимым шагом для описания таких объектов, как фотоны и другие быстро движущиеся объекты, которые необходимо рассматривать в соответствии со специальной теорией относительности. КТП — это не что иное, как теоретическая структура, объединяющая идеи классических полей, специальной теории относительности и квантовой механики. Идея заключается в следующем: вы начинаете с поля или, аналогично, представляете себе спокойное море, простирающееся через всё пространство-время. Это пустое поле без каких-либо частиц. Теперь представьте, что в море есть волна, а это частица в нашем поле. Однако есть как минимум одно отличие между квантовым полем и нашим океаном: наш океан не квантовый. Чтобы поле нашего океана было квантовым, у нас есть два требования. Во-первых, волны в нашем море должны иметь некоторую дискретную величину. Это может быть представлено амплитудой или высотой волны, например, 1 метр, 2 метра, 3 метра и так далее, ничего промежуточного. Каждый метр соответствует количеству частиц в любом месте. Второе требование заключается в том, что в любой момент времени должно существовать некое минимальное энергетическое состояние. Итак, мы скажем, что метровые волны представляют это минимальное энергетическое состояние. Это называется энергией вакуума. I Тогда каждый дополнительный метр амплитуды или высоты — это реальная частица. Мы можем создавать более высокие волны только с шагом в целые метры. Минимальная амплитуда — это метровые волны. Каждый дополнительный метр — это реальная частица. Но мы можем создавать эти более высокие волны, только если у нас достаточно энергии, чтобы достичь следующего метра. Если энергии недостаточно, чтобы достичь хотя бы двух метров, более высокая волна не создаётся. Эти метровые волны происходят из квантового вакуума, они представляют собой непустое минимальное состояние. Эти квантовые волны плещутся, и в некоторых местах может на мгновение хватить энергии, чтобы создать более крупную двухметровую волну или частицу. Но затем, почти так же быстро, как она образовалась, частица снова исчезает в море флуктуаций. Они аналогичны виртуальным частицам, которые появляются и исчезают повсюду вокруг нас, но их невозможно обнаружить, потому что они существуют слишком короткое время. Квантовое поле подобно морю – это фон, на котором возникают и исчезают волны. И точно так же, как энергия может создавать волны в море, энергия, добавленная к полю, порождает частицы, которые мы можем наблюдать. Если распространить эту концепцию на другие частицы, нам придётся представить себе другие моря, представляющие различные поля для каждой известной нам фундаментальной частицы, то есть, море будет представлять поле для электронов, поле для фотонов, поле для кварков и так далее. Что означает «фундаментальный» в слове «фундаментальные частицы»? Это означает, что частицы стандартной модели – это мельчайшие частицы, из которых мы можем построить окружающий нас мир. Нет ничего, что нам известно меньше, чем эти фундаментальные частицы. #квантоваятеорияполя #qft На данный момент наилучшим описанием частицы будет