Какая теория точно объясняет гравитационное или электромагнитное взаимодействие через обмен бозонами? Какой конкретный фактор или аргумент в этом процессе обмена производит эффект притяжения или отталкивания, и отсутствие которого не привело бы к такому эффекту? Существует ли теория взаимосвязи между взаимодействиями, или ее еще нет?
ОТВЕТ
Теория, описывающая электромагнитные взаимодействия на квантовом уровне, - это квантовая электродинамика (КЭД). Взаимодействие происходит через электромагнитное поле. Факторами, определяющими притяжение или отталкивание, являются электрические заряды взаимодействующих заряженных частиц. Однако электромагнитное поле квантуется, и квант электромагнитного поля называется фотоном.
Квант электронного поля называется электроном. Все элементарные частицы являются квантами определенных полей. При описании мира квантовых полей мы часто используем язык, который человечество разработало для описания макроскопического мира. В частности, мы говорим, что электромагнитное взаимодействие происходит через обмен фотонами. Когда мы произносим это предложение, мы понимаем под ним взаимодействие посредством квантов поля, а не материальных точек, известных из ньютоновской механики.
QED дает нам математический аппарат для предсказания результатов многих экспериментов, в частности, определения дифференциальных активных сечений в процессах рассеяния. Эти предсказания были проверены экспериментально с большой точностью. Как теоретические расчеты, так и их сравнение с экспериментом могут быть успешно проведены без использования термина "фотонный обмен".
Что касается гравитационных взаимодействий, то теория, описывающая их на квантовом уровне, имеет статус так называемой эффективной теории поля. Мы получаем его из общей теории относительности по тому же алгоритму, что и QED из классической электродинамики.
Квантом гравитационного поля является гравитон. Однако экспериментальная проверка квантовой гравитации пока очень слаба, поскольку практически все гравитационные явления, изученные наблюдательно, имеют классическую природу (т.е. разница между предсказаниями квантовой и классической теории настолько мала, что у нас нет технической возможности ее измерить).
Единственный известный мне пример количественного и проверяемого наблюдениями предсказания квантовой гравитации - это объяснение (классических) флуктуаций микроволнового фонового излучения как происходящих от квантовых флуктуаций гравитационного поля в первые доли секунды после Большого взрыва, во время так называемой инфляции. Однако спорным остается вопрос, считать ли саму инфляцию уже установленной теорией или все еще только гипотезой.
Комментарии
Отправить комментарий