Нарушение соотношения в виртуальных частицах
В квантовой механике и теории поля понятие виртуальных частиц существенно отличается от классического понимания частиц. Эти частицы не существуют в обычном смысле и чаще всего являются математическими конструкциями, которые помогают объяснять взаимодействия элементарных частиц.
Что такое виртуальные частицы?
Виртуальные частицы — это краткосрочные флуктуации в квантовых полях, возникающие в результате квантовых эффекта неопределённости, например, в процессе взаимодействия реальных частиц. Они не могут быть непосредственно наблюдаемы и существуют только в промежуточных временных промежутках согласно принципу неопределённости Гейзенберга. При этом одно из выражений данного принципа связано с энергией ( E ) и временем ( t ):
[
\Delta E \cdot \Delta t \ge \frac{\hbar}{2}
]
где ( \hbar ) — это приведённая постоянная Планка. Именно это математически позволяет виртуальным частицам нарушать классические законы сохранения, например, массово-энергетический баланс.
Нарушение соотношения энергии и импульса
Одна из причин, почему виртуальные частицы могут казаться «нарушающими» установленное соотношение между энергией и импульсом, заключается в их недолговечности. Согласно специальной теории относительности, для реальных частиц соблюдается соотношение между энергией, импульсом и массой:
[
E2 = (pc)2 + (m_0c2)2
]
где ( p ) — импульс, ( m_0 ) — покоящаяся масса, ( c ) — скорость света. Виртуальные частицы, обладая временной флуктуацией, не обязаны подчиняться данному уравнению, именно благодаря принципу неопределённости.
Таким образом, в процессе передачи взаимодействия они могут иметь
''несогласованную'' энергию и импульс, что и отличает их от «реальных» частиц. Это позволяет им участвовать в процессах взаимодействий, которые невозможны с использованием только реальных частиц.
Рассмотрение виртуальных частиц в контексте квантовой теории поля позволяет глубже понять многие фундаментальные взаимодействия, включая электромагнитные и слабое взаимодействие.
Ключевые слова: квантовая механика, виртуальные частицы, флуктуация энергии, импульс, принцип неопределённости.
Категория: Физика
Теги: квантовая механика, виртуальные частицы, физика частиц