Квантовая механика, не говоря уже о квантовой теории поля, имеет репутацию странной, пугающей и контринтуитивной науки. В научном сообществе есть те, кто по сей день ее не признает. Однако же квантовая теория поля - единственная подтвержденная экспериментом теория, способная объяснить взаимодействие микрочастиц при низких энергиях. Почему это важно? Андрей Ковтун, студент МФТИ и сотрудник кафедры фундаментальных взаимодействий, рассказывает, как с помощью этой теории добраться до главных законов природы или придумать их самим.

Как известно, все естественные науки подчиняются определенной иерархии. Например, биология и химия имеют физические основания. И если смотреть на мир через лупу и каждый раз увеличивать ее силу, проводя таким образом редукцию знания, мы потихоньку придем к квантовой теории поля. Это наука, которая описывает свойства и взаимодействия самых маленьких крупиц матери, из которых мы состоим, - частиц, которые принято называть элементарными. Некоторые из них - такие, как, например, электрон - существуют сами по себе, другие же объединяются и образуют составные частицы. Всем известные протоны и нейтроны как раз являются таковыми - они состоят из кварков. А вот сами по себе кварки уже элементарны. Так вот задача физиков - понять и вывести все свойства этих частиц и ответить на вопрос, есть ли еще что-то, что лежит глубже в иерархии фундаментальных физических законов.

Наша реальность - полевая, она состоит из полей, а мы лишь элементарные возбуждения этих полей

Для радикальных ученых конечная цель - полная редукция знаний о мире, для менее радикальных - более глубинное проникновение в тонкости микромира или сверхмикромира. Но как это возможно, если мы имеем дело лишь с частицами? Ответ очень прост. Мы просто берем и сталкиваем их, в прямом смысле разбиваем друг о друга - как дети, которые, желая посмотреть устройство какой-нибудь занятной вещицы, просто бросают ее на пол, а потом изучают осколки. Также и мы сталкиваем частицы, а потом смотрим, какие новые частицы получаются при столкновении, а какие распадаются после продолжительного путешествия в гордом одиночестве. Все эти процессы в квантовой теории описываются так называемыми вероятностями распада и рассеяния. Расчетами этих величин и занимается квантовая теория поля. Но не только ими.

Векторы вместо координат и скоростей

Основное отличие квантовой механики - в том, что мы больше не будем описывать физические тела с помощью координат и скоростей. Основное понятие в квантовой механике - это вектор состояния. Это шкатулка с квантово-механической информацией о физической системе, которую мы изучаем. Причем я использую слово «система», потому что вектор состояния - это штука, которая может описывать состояние как электрона, так и бабушки, лузгающей семечки на скамейке. То есть это понятие имеет очень широкий круг охвата. И мы хотим найти все векторы состояния, которые содержали бы в себе всю необходимую нам информацию об изучаемом объекте.

Далее естественно задаться вопросом «А как же нам эти векторы найти, а потом извлечь из них то, что хочется?». Здесь нам на помощь приходит следующее важное понятие квантовой механики - оператор. Это правило, по которому одному вектору состояния ставится в соответствие другой. Операторы должны обладать определенными свойствами, и некоторые из них (но не все) извлекают информацию из векторов состояния о нужных нам физических величинах. Такие операторы называются операторами физических величин.

Измерить то, что трудно измерить

Квантовая механика последовательно решает две задачи - стационарную и эволюционную, причем по очереди. Суть стационарной задачи состоит в том, чтобы определить все возможные векторы состояния, которые могут описывать физическую систему в данный момент времени. Такие векторы являются так называемыми собственными векторами операторов физических величин. Определив их в начальный момент, интересно проследить, как они будут эволюционировать, то есть меняться со временем.

Мюон - неустойчивая элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом и спином 1⁄2. Антимюон - античастица с квантовыми числами (в том числе зарядом) противоположного знака, но с равной массой и спином.

Посмотрим на эволюционную задачу с точки зрения теории элементарных частиц. Пусть мы хотим столкнуть электрон и его партнера - позитрон. Другими словами, у нас есть вектор состояния-1, который описывает электрон-позитронную пару с определенными импульсами в начальном состоянии. А потом мы хотим узнать, с какой вероятностью после столкновения электрона и позитрона родятся мюон и антимюон. То есть система будет описываться вектором состояния, который содержит информацию про мюон и его антипартнера тоже с определенными импульсами в конечном состоянии. Вот вам и эволюционная задача - мы хотим узнать, с какой вероятностью наша квантовая система перескочит из одного состояния в другое.

Пусть мы также решаем задачу о переходе физической системы из состояния-1 в состояние-2. Допустим, у вас есть шарик. Он хочет попасть из точки A в точку B, и существует множество мыслимых путей, по которым он мог бы совершить это путешествие. Но повседневный опыт показывает, что если вы кидаете шарик под определенным углом и с определенной скоростью, то у него есть только один реальный путь. Квантовая же механика утверждает другое. Она говорит, что шарик путешествует одновременно по всем этим траекториям. Каждая из траекторий вносит свой (больший или меньший) вклад в вероятность перехода из одной точки в другую.

Поля

Квантовая теория поля называется так потому, что она описывает не частицы сами по себе, а некоторые более общие сущности, которые называются полями. Частицы же в квантовой теории поля являются элементарными переносчиками полей. Представьте воды мирового океана. Пусть наш океан спокоен, на его поверхности ничего не бурлит, нет волн, пены и так далее. Наш океан есть поле. А теперь представьте уединенную волну - только один гребень волны в форме горки, родившийся в результате какого-то возбуждения (например, удара по воде), который теперь путешествует по бескрайним просторам океана. Это частица. Эта аналогия иллюстрирует главную идею: частицы есть элементарные возбуждения полей. Таким образом, наша реальность - полевая, а мы состоим лишь из элементарных возбуждений этих полей. Будучи рожденными этими самыми полями, их кванты содержат в себе все свойства своих прародителей. Такова роль частиц в мире, в котором одновременно существует множество океанов, именуемых полями. С классической точки зрения поля сами по себе - это обычные числовые функции. Они могут состоять только из одной функции (скалярные поля), а могут - из множества (векторные, тензорные и спинорные поля).

Действие

Вот теперь пришло время снова вспомнить о том, что каждая траектория, по которой физическая система переходит из состояния-1 в состояние-2, формируется некоторой амплитудой вероятности. В своих работах американский физик Ричард Фейнман предположил, что вклады всех траекторий равны по величине, но отличаются на фазу. По-простому, если у вас волна (в данном случае - квантовая волна вероятности) путешествует из одной точки в другую, фаза (деленная на множитель 2π) показывает, сколько колебаний укладывается на этом пути. Эта фаза есть число, которое вычисляется с помощью некоторого правила. А число это называется действием.

В основе мироздания, по сути, лежит понятие красоты, которое получило отражение в термине «симметрия»

С действием связан основной принцип, на котором сейчас строятся все разумные модели, описывающие физику. Это принцип наименьшего действия, и, коротко говоря, суть его состоит в следующем. Пусть у нас есть физическая система - это может быть как точка, так и шарик, который хочет переместиться из одного места в другое, или это может быть какая-то конфигурация поля, которая хочет измениться и стать другой конфигурацией. Они могут сделать это множеством способов. Например, частичка пытается в поле тяготения Земли попасть из одной точки в другую, и мы видим, что, в общем-то, путей, по которым она может это сделать, бесконечно много. Но жизнь подсказывает, что в действительности при заданных начальных условиях траектория, которая позволит ей попасть из одной точки в другую, только одна. Теперь - к сути принципа наименьшего действия. Мы каждой траектории по определенному правилу приписываем число, называемое действием. Потом сравниваем все эти числа и выбираем только те траектории, для которых действие будет минимальным (в некоторых случаях - максимальным). Используя такой способ выбора путей наименьшего действия, можно получать законы Ньютона для классической механики или уравнения, описывающие электричество и магнетизм!

Остается осадок оттого, что не очень понятно, что это за число такое - действие? Если сильно не приглядываться, то это некоторая абстрактная математическая величина, которая, на первый взгляд, не имеет никакого отношения к физике - кроме того, что она случайным образом выплевывает известный нам результат. На самом деле все намного интереснее. Принцип наименьшего действия в самом начале был получен как следствие законов Ньютона. Потом на его основе сформулировали законы распространения света. Также его можно получить из уравнений, описывающих законы электричества и магнетизма, а потом в обратную сторону - из принципа наименьшего действия прийти к этим же законам.

Замечательно, что разные, на первый взгляд, теории обретают одинаковую математическую формулировку. И это наталкивает нас на следующее предположение: не можем ли мы сами придумывать какие-нибудь законы природы с помощью принципа наименьшего действия, а потом искать их в эксперименте? Можем и делаем! В этом и состоит значение этого неестественного и сложного для понимания принципа. Но он работает, что заставляет задуматься о нем именно как о некоторой физической характеристике системы, а не как об абстрактной математической формулировке современной теоретической науки. Важно также отметить, что мы не можем писать любые действия, которые подскажет нам наше воображение. Пытаясь придумать, как должно выглядеть действие очередной физической теории поля, мы используем симметрии, которыми обладает физическая природа, и наряду с фундаментальными свойствами пространства-времени мы можем использовать множество других интересных симметрий, которые подсказывает нам теория групп (раздел общей алгебры, изучающий алгебраические структуры, называемые группами, и их свойства. - Прим. ред.) .

О красоте симметрии

Замечательно, что мы получили не просто сводку законов, описывающую какие-то природные явления, а именно способ теоретически получать законы типа ньютоновских или уравнений Максвелла. И хотя квантовая теория поля описывает элементарные частицы лишь на уровне низких энергий, она уже сослужила хорошую службу физикам во всем мире и пока является единственной теорией, здраво описывающей свойства самых мелких кирпичиков, составляющих наш мир. То, чего, собственно, хотят ученые, - это написать такое вот действие, только квантовое, которое содержало бы в себе сразу все возможные законы природы. Хотя даже если бы это удалось, то не разрешило бы всех интересных нам вопросов.

В основе глубинного понимания законов природы лежат некоторые сущности, которые имеют чисто математическую природу. И сейчас, чтобы попытаться проникнуть в глубины мироздания, приходится отказываться от качественных, интуитивно понятных аргументов. Рассказывая о квантовой механике и квантовой теории поля, очень тяжело найти понятные и наглядные аналогии, но самое главное, что я хотел бы донести, - это то, что в основе мироздания лежит, по сути, понятие красоты, которое получило отражение в термине «симметрия». Симметрия поневоле ассоциируется с красотой, как это было, например, у древних греков. И именно симметрии наряду с законами квантовой механики лежат в основе устройства самых маленьких кирпичиков мира, до которых к настоящему моменту удалось добраться физикам.

Все книги можно скачать бесплатно и без регистрации.

NEW. Э.Зи. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ В ДВУХ СЛОВАХ. 2009 год. 616 стр. djvu. 9.1 Мб.
В своей монографии известный физик-теоретик Энтони Зи вводит в предмет одного из самых важных и сложных разделов теоретической физики - квантовой теории поля. В книге рассматривается весьма широкий спектр вопросов: перенормировка и калибровочная инвариантность, рснорм-группа и эффективное действие, симметрии и их спонтанное нарушение, физика элементарных частиц и конденсированное состояние вещества. В отличие от ранее выпущенных книг на эту тему, в работе Э.Зи особое внимание уделяется гравитации, также обсуждается применение квантовой теории поля в современной теории конденсированного состояния

Удалено по требованию правообладателей

Вещества.

NEW. Белокуров В.В., Ширков Д.В. Теория взаимодействий частиц. 1986 год. 160 стр. djvu. 1.5 Мб.
Книга содержит изложение истории развития и современного состояния теории взаимодействий элементарных частиц. Основная задача книги - дать картину развития квантовой теории поля в виде, доступном для физиков, не работающих в этой области. Наряду с очерком хронологического развития основных представлений дано изложение теории перенормировок и ренормгруппы, калибровочных теорий, модели электрослабых взаимодействий и квантовой хромодинамики, новейших областей исследования, связанных с объединением всех взаимодействий и суперсимметрией.
Для студентов, аспирантов и научных работников различных физических специальностей, интересующихся проблемами теории элементарных частиц.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Андреев. Теория частиц с полцелым спином. Сверхтонкая структура атомных уровней. 2003 год. 55 стр. djvu. Размер 430 Кб.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Ахиезер, Берестецкий. Квантовая электродинамика. Размер 6.3 Мб.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

А. Богуш. Введение в калибровочную полевую теорию электрослабых взаимодействий. 2-е изд. 2003 год. 361 стр. djvu. 19.8 Мб.
В книге систематически и доступно изложены основы классической (без вторичного квантования) полевой теории элементарных частиц, их электромагнитных и слабых (электрослабых) взаимодействий. Вкратце описаны поля свободных массивных и безмассовых частиц со спином 0, 1 и 1/2. Обсуждены исходные положения и подробно разобраны узловые этапы построения калибровочной теории электрослабых взаимодействий Вайнберга-Глэшоу-Салама. Рассмотрена и применена простая схема описания и расчёта электромагнитных и слабых процессов в классической теории полей, основанная на использовании метода функций Грина и теории возмущений. Дана унифицированная матричная формулировка излагаемой теории свободных и взаимодействующих полей.
Рассчитана на научных работников, преподавателей, аспирантов и студентов. Может быть использована в качестве учебного пособия для начинающих изучать эту тематику.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

А.А.Белавин редактор. Инстантоны, струны и конформная теория поля: Сборник статей. 2002 год. 448 стр. djvu. 4.0 Мб.
Сборник состоит из 24 статей, посвященных вопросам современной квантовой теории поля (конформная симметрия критических явлений, факторизованное рассеяние в двумерных теориях, инстантоны и монополи в калибровочных теориях, взаимодействие релятивистских струн) и ее математическому анализу (алгебраическая топология, теория представлений бесконечномерных алгебр Ли, теория квантовых групп и др.). Статьи опубликованы в отечественных и зарубежных периодических изданиях в период 1970-1990 гт. Эта книга представляет собой сборник работ группы людей, связанных с Институтом Теоретической физики им. Л.Д. Ландау. Работы эти сыграли важную роль в формировании современной квантовой теории поля, включая теорию струн, а также ряда областей математики.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Н.Н. Боголюбоп, Д.В. Ширков. Квантовые поля. Учебное пособие. 1980 год. 319 стр. djvu. 3.7 Мб.
В последние годы курс релятивистских квантовых полей, являющихся основой квантовой теории материи, занял прочное место в программе физических факультетов университетов. Предлагаемая книга задумана как учебное пособие, предназначенное для студентов, впервые изучающих предмет, План книги следует первой половине известной монографии тех же авторов «Введение в теорию квантованных полей» и содержит линейное изложение теории квантовых полей, начиная от свободных классических полей и кончая техникой устранения расходимостей в теории возмущений. Изложение значительно упрощено по сравнению с упомянутой монографией. Материал каждого параграфа примерно соответствует полуторачасовой лекции, а полное содержание книги - годовому курсу. Вынесенный в Дополнения технический материал и наборы задач и упражнений, помещенные в конце книги в виде семи заданий, предназначены для семинарских занятий.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

В.В. Белокуров, Д.В. Ширков. Теория взаимодействия частиц. 1986год. 159 стр. djvu. 1.5 Мб.
Книга содержит изложение истории развития и современного состояния теории взаимодействий элементарных частиц. Основная задача книги - дать картину развития квантовой теории поля в виде, доступном для физиков, ие работающих в этой области. Наряду с очерком хронологического развития основных представлений дано изложение теории перенормировок и ренормгруппы, калибровочных теорий, модели электрослабых взаимодействий и квантовой хромо-динамики, новейших областей исследования, связанных с объединением всех взаимодействий и суперсимметрией. Для студентов, аспирантов и научных работников различных физических специальностей, интересующихся проблемами теории элементапных частиц.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Биленький. Введение в диаграммную технику Фейнмана. 215 стр. Размер 4.2 Мб. djvu

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Боголюбов Н.Н., Логунов А.А., Оксак А.И., Тодоров И.Т. Общие принципы квантовой теории поля. 1987. 616 стр. djvu. 10.9 Мб.
Посвящена систематическому изложению результатов аксиоматического направления в квантовой теории поля. Часть I содержит необходимые сведения из функционального анализа и теории обобщенных функций, а также элементы теории функций нескольких комплексных переменных. Центральное место (части II-IV) занимают различные подходы в аксиоматической квантовой теории поля - алгебраический подход, формализмы Уайтмана и Лемана - Симанзика - Циммермана, S-матричный метод. Здесь изложены фундаментальные результаты квантовой теории поля - ГСР-теорема, связь спина со статистикой, теорема Хаага, теорема Голдстоуна и др. Включены разделы, посвященные теориям с индефинитной метрикой. Общая теория проиллюстрирована на явно решаемых двумерных моделях. Часть V содержит применения развитого аппарата к аналитическим свойствам амплитуд рассеяния и к теории взаимодействия элементарных частиц при высоких энергиях. Многочисленные упражнения составляют неразрывную часть текста.
Для научных работников, аспирантов и студентов, специализирующихся по квантовой теории поля и математической физике.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Д. Бьеркен и С. Дрелл. Релятивистская квантовая теория. В 2-х томах.
Том 1. Релятивистская квантовая механика. Объём: 297 стр. djvu. 2,9 Мб. Книга, написанная известными американскими физиками-теоретиками, представляет собой систематический курс квантовой электродинамики. Рассмотрение всех вопросов проводится на основе метода функции распространения, что позволяет сделать изложение наглядным и доступным. В книге подробно обсуждаются уравнение Дирака и свойства его решений, метод функции распространения, проблема перенормировок и электродинамика частиц с нулевым спином и др. Развитые методы применяются к неэлектромагнитным взаимодействиям элементарных частиц.
Том 2. Релятивистские квантовые поля. 408 стр. djvu. 4,1 Мб. В нём последовательно и продуманно изложены основы квантовой теории поля, а также ряд специальных вопросов, включающих методы ренормгруппы и методы дисперсионных соотношений. В конце каждой главы помещены задачи, способствующие пониманию изложенного.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Д.И. Блохинцев. Пространство и время в микромире. 2-е изд. 1982 год. 352 стр. djvu. 3.1 Мб.
Монография мосиященн критическому анализу пространственно- временного описания мира элементариых частиц. В ней высказываете и мысль, что трудности современной теории связаны с неправильными гепмегричсскими представлениями при описании взаимодействий элементарных частиц на малых расстояниях, дан подробный анализ этих трудностей и изложен ряд новых направлений, связанных с различными модификациям пространственно-временных соотношений.
Наряду с обычными геометрическими представлениями, выработанными классической наукой на основе анализа явлений в макромире, в этой книге с большой оригинальностью изложены вопросы, касающиеся описания различных геометрических соотношений в микромире: измерение координат и времени частиц в релятивистском и нерелятивистском случаях, локализация частиц, распространение сигналов в нелинейных теориях поля, квантование пространства-времени и т. д.
В монографии изложены вопросы, связанные с условиями микро- и макропричинности в квантовой теории поля. Здесь много интересных результатов, принадлежащих автору, например связь между нарушением причинности в малых простраиственно-времеииых областях и наблюдаемыми процессами при рассеяиии элементариых частиц.
Большинство результатов, приведенных в книге, ранее почти не было опубликовано.
Книга рассчитана на студентов, аспирантов и научных работников, занимающихся теоретической физикой.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Вайнберг. Квантовая теория поля. В 3-х томах. Книга написана выдающимся американским ученым лауреатом нобелевской премии и охватывает не только основные вопросы теории, но и многочисленные идеи последних лет. 2003 год. djvu

Том 1. Общая тория. 650 стр. 4.8 Мб. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Том 2. Современные приложения. 530 стр. 4.2 Мб. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Том 3. Суперсимметрия. 482 стр. 6.2 Мб. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

А.Н. Васильев. Фунуциональные методды в квантовой теории поля и в статистике. 1975 год. 295 стр. djvu. 7.4 Мб.
Монография представляет собой систематическое введение в аппарат квантовой теории поля и характерную для него функциональную технику - представления различных величин функционалами и функциональными интегралами, уравнения в вариационных производных и т. д. В ней подчеркивается единство этого аппарата для совершенно различных разделов теоретической физики: обычной квантовой механики, квантовой механики в представлении вторичного квантования, релятивистской квантовой теории поля, евклидовой теории поля, квантовой статистики для конечных температур и классической статистики неидеального газа и спиновых систем.
Книга рассчитана на читателей, знакомых с основами квантовой механики, теории поля и статистики.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Вентцель Г. Введение в квантовую теорию волновых полей. 1947 год. 294 стр. djvu. 5.9 Мб.
Книга содержит систематическое и строгое изложение квантовой теории волновых полей: электромагнитного, электронного и мезонного в её современном состоянии.
Книга рассчитана на физиков-теоретиков, но может быть полезна и экспериментаторам, желающим расширить свой теоретический кругозор.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Гайтлер. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ. 1956 год. 485 стр. djvu. 11.1 Mб.
Книга посвящена систематическому рассмотрению эффектов, обусловленных взаимодействием заряженных частиц с полем излучения. Эта основная цель определила и основные особенности книги. Главное внимание автора обращено на получение конкретных результатов, как правило, доводимых до числовых значений, которые сейчас же тщательно сопоставляются с экспериментальными данными. Вопросы общего характера играют в книге несколько подчиненную роль и рассматриваются лишь постольку, поскольку это необходимо для приложений. Именно этим отличается „Квантовая теория излучения" от других. Особенно следует отметить ясный и доступный характер изложения. Это делает книгу превосходным справочным пособием для экспериментаторов.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Гриб А. А., Мамаев С. Г., Мостепаненко В. М. Квантовые эффекты в интенсивных внешних полях. 1980 год, 296 стр. djvu. 3.3 Мб.
Впервые в мировой литературе изложена теория вакуумных квантовых эффектов во внешних электромагнитных и гравитационных полях. На основе метода преобразований Боголюбова рассмотрены рождение частиц из вакуума внешними полями, а также поляризация вакуума и спонтанное нарушение симметрии. Подробно анализируются квантовые эффекты в однородном электрическом поле, сверхкритическом кулоновском поле, гравитационном поле вблизи космологической сингулярности и черных дыр. Изложенный в книге материал находится на стыке квантовой теории поля, физики элементарных частиц, общей теории относительности и астрофизики.
Для специалистов названных выше областей и студентов старших курсов соответствующих специальностей.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Глимм, Джаффе. Математические методы квантовой физики. 450 стр. djvu, 4.3 Мб.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Грибов. Квантовая электродинамика. 290 стр. Размер 830 Кб. djvu

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Девитт Б.С. Динамическая теория групп и полей. 1987 год. 288 стр. pdf. 10.4 Мб.
Написанная более 20 лет назад известным американским физиком-теоретиком и дополненная более поздними статьями того же автора, книга представляет собой классический труд по теории калибровочных полей и квантовой гравитации. Она содержит последовательное построение квантовой теории поля на основе геометрических и функциональных методов. Книга дает основы пространственно-временного подхода к теории радиационных поправок и является оригинальным систематическим руководством такого рода. В сочетании с традиционными текстами она может служить хорошим введением в современную квантовую теорию поля. Физики-теоретики, специализирующиеся в этой области, могут использовать ее как ценное учебное пособие, не имеющее эквивалентов в литературе.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Дирак. Лекции по квантовой теории поля. Размер 1.5 Мб. djvu. 150 стр.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Э. Зайлер. Калибровочные теории связи с конструктивной квантовой теорией поля и статистической механикой. 1985 год. 225 стр. djvu. 2.1 Мб.
Монография известного немецкого ученого из ФРГ посвящена квантовым калибровочным моделям, как дискретным, так и непрерывным, и их связи с проблемой неразлетания кварков. При этом предмет рассматривается с точки зрения конструктивной теории поля и статистической механики.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Ициксон, Зюбер. Квантовая теория поля. В 2-х томах. 1984 год. djvu.
Книга известных французских теоретиков К Идиксона и Ж -Б Зюбера представляет собой современный курс квантовой теории поля, охватывающий как основные положения этой области физики, так и результаты, полученные в последнее время В русском переводе книга издается в двух томах.
Том 1. В первом томе излагаются основы квантовой теории поля. Сюда входит теория свободных полей, квантование полей, описание основных свойств симметрии, теория S матрицы, аналитические свойства, расчет ряда электродинамических процессов и др.
Том 2. Во втором томе рассматриваются теория перенормировок, функциональные методы, теория неабелевых калибровочных полей, ренормализаиионная группа, динамика на световом конусе и др.
Книга рассчитана на научных работников, а^ирантов и студентов старших курсов, занимающихся проблемами квантовой теории поля и физикой элементарных частиц

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать 1 . . . . . . . . . . . . . . . .скачать 2

Д.И. Казаков. Введение в квантовую теорию поля. 2008 год. 64 стр. djvu. 339 Кб.
Настоящие лекции содержат элементарное введение в основы квантовой теории поля. Наша цель состоит в том, чтобы начав с самых азов и обсуждая основные концепции, построить формализм, необходимый для построения Стандартной Модели фундаментальных взаимодействий. Материал разбит на 5 лекций. Курс Физтеха.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Кушниреико А. Н. Введение в квантовую теорию поля. Учеб. пособие для вузов. 1971. 304 стр. djvu. 2.8 Mб.
Настоящее учебное пособие содержит вводные сведения по квантовой теории поля. Книга рассчитана на студентов физических и математических факультетов университетов и пединститутов. Она может быть полезной для научных работников, впервые приступающих к изучению квантовой теории поля.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Окунь. Лептоны и кварки. 2-изд. перераб.и дополн. 345 стр. djv. Размер 3.4 Mб.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Препарата Дж. Реалистическая квантовая физика. 2005 год. 124 стр. 122 стр. djvu. 2.1 Mб.
Книга основана на курсе лекций, материалом для которых стали результаты исследований автора в области квантовой теории поля и взаимодействия частиц (ныне известной как стандартная модель). Книга написана живым и доступным языком, что позволяет заинтересовать читателя этим довольно сложным аая восприятия и понимания предметом. Часть книги автор ппосвятил изложению собственной точки зрения на многие проблемы квантовой физики.
Для широкого круга физиков и математиков.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

М.Е. Пескин, Д.В. Шрёдер. Введение в квантовую теорию поля. 2001 год. 784 стр. djvu. 5.6 Мб.
Книга американских физиков, профессоров Пескина и Шредера представляет собой учебник по квантовой теории поля (КТП). Она соответствует полноценному трехсеместровому курсу лекций для студентов старших курсов и аспирантов. Книга охватывает наряду со стандартными разделами, такими, как квантование свободных полей и правила Фейнмана, также изложение идей и методов ренормгруппы и функционального интегрирования. В ней приводится также теория калибровочных полей, включая стандартную модель. Выйдя несколько лет назад, книга Пескина и Шредера приобрела большую популярность и выдержала уже пять изданий на английском языке. Для научных работников, аспирантов и студентов физико-математических специальностей.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Пенроуз Р., Риндлер В. Спиноры и пространство-время. В 2-х томах. djvu. в одном архиве.
Том 1. Два-спинорное исчисления и релятивисские поля. 1987 год. 587 стр. Первый той фундаментальной монографии известного английского ученого Пенроуза н известного американского ученого Рнндлера, в которой впервые в мировой литературе с единых позиций излагается широкий круг вопросов, связанных со спняорными методами в теоретической физике. Авторы излагают 2-спинорное исчисление, наделяя спинорной структурой само физическое пространство-время, причем понимают это как более глубокий уровень описания, нежели обычный подход, использующий мировые тензоры.
Том 2. Спинорные и твисторные методы в геометрии пространства-времени. 1988 год. 572 стр. Книга известного английского ученого Пенроуза и известного американского ученого Риндлера написана как продолжение вышедшей ранее книги тех же авторов «Спиноры н пространство-время. Два-спинорное исчисление и релятивистские поля» (М.: Мнр, 1987), но вполне самостоятельна, поскольку в ней воспроизводится весь необходимый материал из предыдущей книги. Представляет собой фундаментальную монографию, в которой впервые в мировой литературе с единых позиций излагается широкий круг вопросов, связанных с твнсторными методами (предложенными Пенроузом) в теоретической физике. Авторы излагают спинорные и твисториые методы, наделяя спинорной (твисторной) структурой само понятие многообразия, которое является основой фнзнко-геометрической «динамики».
Для. физиков-теоретиков широкого профиля (не только работающих в об-ласти релятивистской физики и физики элементарных частиц) в математиков, а также аспирантов н студентов соответствующих специальностей.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

П. Рамон. Теория поля. Современный вводный курс. 1984 год. 336 стр. djvu. 3.4 Мб.
В книге П.Рамона (США) последовательно излагается квантовая теория поля (в рамках теории возмущений) на основе понятия функционального интеграла. Все важнейшие выкладки представлены полностью, что дает возможность читателю не только ознакомиться с основными идеями новейшей квантовой теории поля, но и овладеть техникой сложных вычислений. После каждой главы даются упражнения и задачи. Книга может служить основой для дальнейшего изучения предмета по более специализированным обзорам, монографиям и оригинальным статьям, так что она заполняет существенный пробел в учебной литературе по современной квантовой теории поля.
Для студентов старших курсов, аспирантов и начинающих научных работников в области физики элементарных частиц.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .скачать

Редьков В.М. Поля частиц в римановом пространстве и группа Лоренца. 2008 год. 495 стр. djvu. 5.4 Мб.
Исследованы волновые уравнения элементарных частиц в присутствии внешних гравитационных полей, описываемых как псевдориманова структура пространства – времени. Общековариантные обобщения волновых уравнений, установленных в пространстве Минковского, представлены для бозонов и фермионов в равной степени как результат применения единого универсального тетрадного рецепта Тетроде– Вейля – Фока – Иваненко, базирующегосяна представлениях группы Лоренца. Группа Лоренца играет определяющую и унифицирующую роль для описания полей частиц как в плоском, так и в искривленном пространстве – времени; отличие состоит в том, что в плоском пространстве группа Лоренца играет роль глобальной симметрии для волновых уравнений, в псевдоримановом пространстве – роль зависящей от координат локальной группы симметрии. Предназначена для научных работников, аспирантов и студентов-старшекурсников, специализирующихся в области теоретической физики.
Библиогр.: 1220 названий (вплоть до 2008 года), из-за которой поместил книгу

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Л. Райдер. Квантовая теория поля. 1998 год. 511 стр. djvu. 5.1 Мб.
Книга английского физика представляет собой полное и современное введение в квантовую теорию поля. Изложение на протяжении большей части книги опирается на формализм континуального интегрирования, являющийся основным методом в теории калибровочных полей. Автор использует язык дифференциальной геометрии и топологии, методы которых интенсивно проникают в квантовую теорию поля. Рассматриваются многие конкретные примеры, большинство выкладок дается подробно.
Книга может служить учебным пособием.
Данная книга предназначена тем студентам, которые решили стать специалистами в области физики элементарных частиц, но пока что не знакомы в достаточной мере с квантовой теорией поля.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Рубаков. Классические калибровочные поля. Бозонные теории. 2005 год. 300 стр. Размер 4.2 Mб. djvu

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Рубаков. Классические калибровочные поля. Теории с фермионами. Некоммутативные теории. 2005 год. 240 стр. Размер 4.0 Mб. djvu

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

А.А. Славнов, Л.Д. Фаддеев. Казаков. Введение в квантовую теорию калибровочных полей. 2-изд. перераб. доп. 1988 год. 271 стр. djvu. 3.1 Мб.
Дается формулировка квантовой теории поля в терминах континуального интеграла. Излагается общий метод квантования неголономпых систем и на его основе с 2.4 Мб.троится схема квантования калибровочно инвариантных теорий поля. Формулируется инвариантная процедура перенормировки калибровочных теорий. Обсуждаются применения калибровочных полей в физике элементарных частиц. Во втором издании книги (первое вышло в 1978 г.) добавлены разделы, посвященные калибровочным полям на решетке и явно ковариантным методам квантования (BRS-квантование). Расширены разделы, посвященные S-матрице и аномалиям в квантовой теории, а также внесен ряд других изменений и дополнений.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Садовский. Квантовая теория поля. Том 1. Книги являются расширенным курсом лекций, читавшися автором в Ур.ГУ для физков-теоретиков, спецализирующихся по специальности физика конденсированного состояния. Может быть для нашей каф. ТЯФ они и слабоваты, но для Прикладной математики, мне кажется, вполне достаточны. Размер 1.0 Мб.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Садовский. Квантовая теория поля. Том 2. Размер 1.1 Мб.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Тирринг В.Е. Принципы квантовой электродинамики. 1964. 225 стр. djvu. 2.4 Mб.
Элементарные частицы, их свойства, их отношения друг к другу все больше оказываются за последние годы в сосредоточии интересов принципиальных физических исследований. Единственная до сих пор теория, которой мы можем воспользоваться для описания поведения элементарных частиц-это квантовая теория волновых полей. Хотя эта теория и представляет собой одну из фундаментальнейших теорий, которыми мы владеем, - она не только приводит к единому пониманию элементарной квантовой механики, но и является первой теорией, объединяющей квантовую теорию и специальную теорию относительности, - она все еще не стала общим достоянием всех физиков. Частью это происходит, быть может, из-за предъявляемых ею высоких математических требований, но частью и из-за того, что в большинстве работ в этой области физическое содержание теории заслоняется математическим формализмом. Так получается, что теорию поля воспринимают зачастую как сухую математическую схему, с которой можно, правда, работать, если выучить необходимые «правила игры», но которая не дает никакого физического понимания происходящего. Эта книга представляет собой попытку изложить одну из наиболее надежно понятых частей квантовой теории поля - квантовую электродинамику - в ее существеннейших чертах. При этом мы стремились включить по возможности все, казавшееся нужным для физического понимания, и скорее пожертвовать некоторыми формально-математическими деталями. Книга ни в коей мере не должна быть энциклопедией в этой области, но скорее собранием тех интересных и физически удовлетворительных результатов, которые до сих пор получены.
Для упражнения в вычислительной технике в конце книги добавлен сборник задач с решениями. Но для действительного понимания книги неискушенному в предмете читателю необходимо, конечно, хотя бы раз вывести самому все формулы.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Р. Фейнман. Квантовая электродинамика. 1998 год. 215 стр. djv. Размер 3.4 Mб.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Цвелик. Квантовая теория поля в физике конденсированного состояния. 2004 год. 320 стр. Размер 3.5 Mб. djvu

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Шварц А.С. Квантовая теория поля и топология. 1980 год. 416 стр. djvu. Размер 5.4 Мб.
В последние годы топология прочно вошла в математический арсенал фи-зики. С ее помощью сделано очень много, прежде всего в квантовой теории поля. Открываются широкие перспективы для приложений топологии в других областях физики. Основной целью настоящей книги является изложение результатов квантовой теории поля, полученных топологическими методами. Однако в ней освещены и некоторые топологические вопросы теории конденсированных сред. Книга содержит также ориентированное на физиков изложение основ топологии и необходимую информацию по теории групп и алгебр Ли. Включение главы, посвященной основным лагранжианам, используемым в физике элементарных частиц, делает книгу независимой от учебни- ков квантовой теории поля. Для физиков, интересующихся применениями топологии, и для математиков, желающих ознакомиться с квантовой теорией поля и математическими методами, используемыми в ней.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Скачать

Швебер С. Введение в релятивистскую квантовую теорию поля. 1963 год. 835 стр. djvu. 11.4 Мб.
Основная часть книги содержит систематическое подробное описание аппарата теории и важнейших ее результатов. При этом автор обращает свое внимание главным образом на принципиальные стороны теории, оставляя за конкретными эффектами роль иллюстраций. Это, конечно, было бы недостатком книги, если бы в нашей литературе не существовало книги Берестецкого и Ахиезера, в которой свойства эффектов изложены достаточно полно. Курс Швебера, таким образом, должен служить следующей ступенью.

КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ (КТП), квантовая теория релятивистских систем с бесконечным числом степеней свободы (релятивистских полей), являющаяся теоретической основой описания микрочастиц, их взаимодействий и взаимопревращений.

Квантовые поля. Квантовое (квантованное) поле представляет собой синтез понятий классического поля типа электромагнитного и поля вероятностей квантовой механики. По современным представлениям, квантовое поле - наиболее фундаментальная и универсальная форма материи.

Представление о классическом электромагнитном поле возникло в теории электромагнетизма Фарадея - Максвелла и приобрело современный вид в специальной теории относительности, потребовавшей отказа от эфира как материального носителя электромагнитных процессов. При этом поле является не формой движения какой-либо среды, а специфической формой материи. В отличие от частиц, классическое поле непрерывно создаётся и уничтожается (испускается и поглощается зарядами), обладает бесконечным числом степеней свободы и не локализуется в определённых точках пространства-времени, но может распространяться в нём, передавая сигнал (взаимодействие) от одной частицы к другой с конечной скоростью, не превосходящей скорости света с.

Возникновение идей о квантовании привело к пересмотру классических представлений о непрерывности механизма испускания и поглощения света и к выводу, что эти процессы происходят дискретно - путём испускания и поглощения квантов электромагнитного поля - фотонов. Возникшую противоречивую с точки зрения классической физики картину, когда с электромагнитным полем сопоставлялись фотоны и одни явления поддавались интерпретации лишь в терминах волн, а другие - только с помощью представления о квантах, назвали корпускулярно-волновым дуализмом. Это противоречие разрешилось последовательным применением к полю идей квантовой механики. Динамические переменные электромагнитного поля - потенциалы А, φ и напряжённости электрического и магнитного полей Е, Н - стали квантовыми операторами, подчиняющимися определённым перестановочным соотношениям и действующими на волновую функцию (амплитуду или вектор состояния) системы. Так возник новый физический объект - квантовое поле, удовлетворяющее уравнениям классической электродинамики, но имеющее своими значениями квантово-механические операторы.

Введение понятия квантового поля связано также с волновой функцией частицы ψ(х, t), которая является не самостоятельной физической величиной, а амплитудой состояния частицы: вероятности любых относящихся к частице физических величин определяются билинейными по ψ выражениями. Т.о., в квантовой механике с каждой материальной частицей связано новое поле - поле амплитуд вероятностей. Обобщение на случай многих частиц, удовлетворяющих принципу неразличимости (тождественности принципу), означает, что для описания всех частиц достаточно одного поля в четырёхмерном пространстве-времени, являющегося оператором в квантовой механике. Это достигается переходом к новому квантово-механическому представлению - представлению чисел заполнения (или представлению вторичного квантования).

Введённое таким путём операторное поле аналогично квантованному электромагнитному полю и отличается от него лишь выбором представления группы Лоренца и, возможно, способом квантования. Подобно электромагнитному полю, одно такое поле соответствует всей совокупности тождественных частиц данного сорта; например, одно операторное поле Дирака описывает все электроны (и позитроны) Вселенной.

Таким образом, на смену полям и частицам классической физики пришли единые физические объекты - квантовые поля в четырёхмерном пространстве-времени, по одному для каждого сорта частиц или полей (классических). Элементарным актом всякого взаимодействия стало взаимодействие нескольких полей в одной точке пространства-времени или - на корпускулярном языке - локальное и мгновенное превращение одних частиц в другие. Классическое же взаимодействие в виде сил, действующих между частицами, оказывается вторичным эффектом, возникающим в результате обмена квантами поля, переносящего взаимодействие.

Свободные поля и корпускулярно-волновой дуализм. Существуют полевое и корпускулярное представления КТП. При полевом подходе рассматривается теория соответствующего классического поля, которое затем квантуется по предложенному В. Гейзенбергом и В. Паули образцу квантования электромагнитного поля, и далее строится его корпускулярная интерпретация. Исходным понятием здесь является поле u а (х) (индекс а нумерует компоненты поля), определённое в каждой пространственно-временной точке х = (ct, х) и осуществляющее какое-либо представление группы Лоренца. Далее теория строится с помощью лагранжева формализма: выбирают локальный [т. е. зависящий лишь от компонент поля u а (х) и их первых производных ∂ μ u а (х) = ∂u а (х) / ∂x μ = u μ а (х) (μ = 0,1,2,3) в одной точке х] квадратичный пуанкаре-инвариантный лагранжиан L(x) = L(u a , ∂ μ u b) и из принципа наименьшего действия δS = δ∫d 4 xL(x) = 0 получают уравнения движения. Для квадратичного лагранжиана они линейны - свободные поля удовлетворяют принципу суперпозиции.

В силу теоремы Нётер из инвариантности действия S относительно каждой однопараметрической группы следует сохранение (независимость от времени) одной, явно указываемой теоремой, интегральной функции от u а и ∂ μ u b . Поскольку сама группа Пуанкаре содержит 10 параметров, в КТП обязательно сохраняются 10 величин (которые иногда называют фундаментальными динамическими величинами): четыре компоненты вектора энергии-импульса Р μ и шесть компонент момента импульса - три компоненты трёхмерного момента импульса М i = (1/2)ε ijk M jk и три т.н. буста N i = c -1 M 0i (i,j,k= 1,2,3, ε ijk - единичный полностью антисимметричный тензор; по повторяющимся индексам подразумевается суммирование). С математической точки зрения Р μ , M i , N i - генераторы группы Пуанкаре.

Каноническое квантование, согласно общим принципам квантовой механики, состоит в том, что обобщённые координаты (т. е. набор значений всех компонент поля u 1 ,..., u N во всех точках x пространства в некоторый момент времени t) и обобщённые импульсы π b (x, t) = ∂L/∂u b (x, t) объявляют операторами, действующими на амплитуду состояния (вектор состояния) системы, и налагают на них перестановочные соотношения:

Альтернативный вариант квантования, ковариантное квантование, состоит в установлении перестановочных соотношений на сами полевые операторы в двух произвольных точках х и у в релятивистски симметричной форме:

где D m - перестановочная функция Паули - Йордана, удовлетворяющая Клейна - Фока - Гордона уравнению (здесь и далее используется система единиц ħ = с = 1, ħ - постоянная Планка).

При корпускулярном подходе векторы состояния свободных частиц должны образовывать неприводимое представление группы Пуанкаре, которое фиксируется заданием значений операторов Казимира (операторов, коммутирующих со всеми десятью генераторами группы Р μ , M i и N i): оператора квадрата массы m 2 = Ρ μ Ρ μ и квадрата обычного (трёхмерного) спина, а при нулевой массе - оператора спиральности (проекции спина на направление движения). Спектр m 2 непрерывен, а спектр спина дискретен, он может иметь целые или полуцелые значения: 0,1/2,1,... в единицах магнетона Бора. Кроме того, надо задать поведение вектора состояния при отражении нечётного числа координатных осей. Если частица обладает ещё какими-либо характеристиками (электрическим зарядом, изоспином и пр.), то этому соответствуют новые квантовые числа; обозначим их буквой τ.

В представлении чисел заполнения состояние совокупности одинаковых частиц фиксируется числами заполнения n р,s,τ всех одночастичных состояний. В свою очередь, вектор состояния |n р,s,τ) записывают как результат действия на вакуумное состояние |0) (состояние, в котором вовсе нет частиц) операторов рождения а + (р, s, τ):

(3)

Операторы рождения а + и эрмитово сопряжённые им операторы уничтожения а - удовлетворяют перестановочным соотношениям

(4)

где знаки плюс и минус отвечают соответственно Ферми - Дирака и Бозе - Эйнштейна квантованию, а числа заполнения являются собственными значениями операторов числа частиц n р, s, τ = а + аˉ.

Чтобы учесть локальные свойства теории, надо перевести операторы а ± в координатное представление и построить суперпозицию операторов рождения и уничтожения. Для нейтральных частиц это можно сделать непосредственно, определяя локальное лоренц-ковариантное поле как

Но для заряженных частиц такой подход неприемлем: операторы а τ + и а τ ˉ в (5) будут один увеличивать, а другой уменьшать заряд, и их линейная комбинация не будет обладать в этом отношении определёнными свойствами. Поэтому для образования локального поля приходится привлекать в пару к операторам рождения а τ + операторы уничтожения а τ ˉ не тех же частиц, а новых частиц, реализующих то же представление группы Пуанкаре, т. е. обладающих в точности теми же массой и спином, но отличающихся от первоначальных знаком заряда (знаками всех зарядов τ).

Из теоремы Паули следует, что для полей целочисленного спина, полевые функции которых однозначно представляют группы Лоренца, при квантовании по Бозе - Эйнштейну коммутаторы - или - пропорциональны функции Dm(х - у) и исчезают вне светового конуса, в то время как для осуществляющих двузначные представления полей полуцелого спина то же достигается для антикоммутаторов [и(х), u(у)] + или + при квантовании по Ферми - Дираку. Связь между удовлетворяющими линейным уравнениям функциями поля и или v, v* и операторами рождения и уничтожения а τ ± и а ~ τ ± свободных частиц в стационарных квантово-механических состояниях есть точное математическое описание корпускулярно-волнового дуализма. Новые, «рождаемые» операторами а ~ τ ± частицы, без которых нельзя было построить локальные поля, по отношению к первоначальным называются античастицами. Неизбежность существования античастицы для каждой заряженной частицы - один из главных выводов квантовой теории свободных полей.

Взаимодействие полей. Решения уравнений свободного поля пропорциональны операторам рождения и уничтожения частиц в стационарных состояниях, т. е. могут описывать лишь такие ситуации, когда с частицами ничего не происходит. Чтобы рассмотреть также случаи, когда одни частицы влияют на движение других либо превращаются в другие, нужно сделать уравнения движения нелинейными, то есть включить в лагранжиан, кроме квадратичных по полям членов, ещё и члены с более высокими степенями. Лагранжиан взаимодействия L int (х) может быть любой функцией полей и их первых производных, удовлетворяющей ряду условий: 1) локальности взаимодействия, требующей, чтобы L int (х) зависел от различных полей u а (х) и их первых производных только в одной точке пространства-времени х; 2) релятивистской инвариантности, для выполнения которой L int (х) должен быть скаляром относительно преобразований Лоренца; 3) инвариантности относительно преобразований из групп внутренних симметрий, если таковые имеются у рассматриваемой модели. Для теорий с комплексными полями существует также требование эрмитовости лагранжиана, что обеспечивает положительность вероятностей всех процессов.

Кроме того, можно требовать инвариантности теории относительно некоторых дискретных преобразований, таких как пространственная инверсия Р, обращение времени Т и зарядовое сопряжение С (заменяющее частицы на античастицы). Доказано (теорема СРТ), что всякое взаимодействие, удовлетворяющее условиям 1-3, обязательно должно быть инвариантным относительно одновременного выполнения этих трёх дискретных преобразований.

Многообразие лагранжианов взаимодействия, удовлетворяющих условиям 1-3, столь же широко, как многообразие функций Лагранжа в классической механике. Однако после квантования в теории возникает проблема сингулярностей при перемножении операторов в одной точке, что приводит к так называемой проблеме ультрафиолетовых расходимостей (смотри Расходимости в КТП). Их устранение с помощью перенормировок в квантовой электродинамике (КЭД) выделило класс перенормируемых взаимодействий. Условие 4 - условие перенормируемости - оказывается весьма ограничивающим, и его добавление к условиям 1-3 допускает лишь взаимодействия с L int , имеющим вид полиномов невысокой степени по рассматриваемым полям, причём поля сколько-нибудь высоких спинов вообще исключаются из рассмотрения. Таким образом, взаимодействие в перенормируемой КТП не допускает (в отличие от классической и квантовой механики) никаких произвольных функций: как только выбран конкретный набор полей, произвол в L int ограничивается фиксированным числом констант взаимодействия (констант связи).

Полную систему уравнений КТП со взаимодействием (в представлении Гейзенберга) составляют уравнения движения, получающиеся из полного лагранжиана, и канонические перестановочные соотношения (1). Точное решение такой задачи удаётся найти лишь в небольшом числе случаев (например, для некоторых моделей в двумерном пространстве-времени).

Наибольшее распространение в КТП получил метод, основанный на переходе к представлению взаимодействия, в котором поля u а (х) удовлетворяют линейным уравнениям движения для свободных полей, а всё влияние взаимодействия и самодействия переведено на временную эволюцию амплитуды состояния Ф, которая теперь не постоянна, а изменяется в соответствии с уравнением типа уравнения Шрёдингера:

причем гамильтониан взаимодействия H int (t) в этом представлении зависит от времени через поля u а (х), подчиняющиеся свободным уравнениям и релятивистски-ковариантным перестановочным соотношениям (2); таким образом, оказывается ненужным явное использование канонических коммутаторов (1) для взаимодействующих полей. Для сравнения с опытом решается задача о рассеянии частиц, в постановке которой принимается, что асимптотически, при t → -∞ (+∞), система пребывала в стационарном состоянии (придёт в стационарное состояние) Ф -∞ (Ф +∞), причём Ф ±∞ таковы, что частицы в них не взаимодействуют из-за больших взаимных расстояний, так что всё взаимное влияние частиц происходит только при конечных временах вблизи t = 0 и преобразует Ф -∞ в Ф +∞ = SФ -∞ . Оператор S называется матрицей рассеяния (или S-матрицей); через квадраты его матричных элементов

(7)

выражаются вероятности переходов из данного начального состояния Ф i в некоторое конечное состояние Ф f , то есть эффективные сечения различных процессов. Таким образом, S-матрица позволяет находить вероятности физических процессов, не вникая в детали временной эволюции, описываемой амплитудой Ф(t). Тем не менее S-матрицу обычно строят исходя из уравнения (6), которое допускает формальное решение в компактном виде

(8)

с помощью оператора Т хронологического упорядочения, располагающего все операторы полей в порядке убывания времени t = х 0 . Выражение (8) есть символическая запись процедуры последовательного интегрирования уравнения (6) от - ∞ до + ∞ по бесконечно малым интервалам времени (t, t + ∆t), а не пригодное для использования решение. Для вычисления матричных элементов (7) необходимо представить матрицу рассеяния в форме не хронологического, а нормального произведения, в котором все операторы рождения стоят слева от операторов уничтожения. Преобразование одного произведения в другое и составляет истинную трудность решения задачи.

Теория возмущений. По этой причине для конструктивного решения задачи приходится прибегать к предположению о слабости взаимодействия, т. е. малости лагранжиана взаимодействия L int . Тогда можно разложить хронологическую экспоненту в выражении (8) в ряд теории возмущений, и матричные элементы (7) будут выражаться в каждом порядке теории возмущений через матричные элементы простых хронологических произведений соответствующего числа лагранжианов взаимодействия. Эта задача практически выполняется с помощью техники Фейнмана диаграмм и правил Фейнмана. При этом каждое поле u а (х) характеризуется своей причинной функцией Грина (пропагатором, или функцией распространения) D c aa ’(x - у), изображаемой на диаграммах линией, а каждое взаимодействие - константой связи и матричным множителем из соответствующего слагаемого в L int , изображаемыми на диаграмме вершиной. Техника диаграмм Фейнмана проста в использовании и очень наглядна. Диаграммы позволяют представить процессы распространения (линии) и взаимопревращения (вершины) частиц - реальных в начальных и конечных состояниях и виртуальных в промежуточных (на внутренних линиях). Особенно простые выражения получаются для матричных элементов любого процесса в низшем порядке теории возмущений, которым соответствуют так называемые древесные диаграммы, не имеющие замкнутых петель, - после перехода к импульсному представлению в них не остаётся интегрирований. Для основных процессов КЭД такие выражения для матричных элементов были получены на заре возникновения КТП в конце 1920-х годов и оказались в разумном согласии с опытом (уровень соответствия 10ˉ 2 —10ˉ 3 , т. е. порядка постоянной тонкой структуры α). Однако попытки вычисления радиационных поправок (связанных с учётом высших приближений) к этим выражениям наталкивались на специфические трудности. Таким поправкам отвечают диаграммы с замкнутыми петлями из линий виртуальных частиц, импульсы которых не фиксированы законами сохранения, и полная поправка равна сумме вкладов от всех возможных импульсов. Оказалось, что в большинстве случаев возникающие при суммировании этих вкладов интегралы по импульсам виртуальных частиц расходятся в УФ-области, то есть сами поправки оказываются не только не малыми, но бесконечными. Согласно соотношению неопределённостей, большим импульсам отвечают малые расстояния. Поэтому можно полагать, что физические истоки расходимостей лежат в представлении о локальности взаимодействия.

Расходимости и перенормировки . Математически появление расходимостей связано с тем, что пропагаторы D c (х) являются сингулярными (точнее, обобщёнными) функциями, обладающими в окрестности светового конуса при х 2 ≈ 0 особенностями типа полюсов и дельта-функций по х 2 . Поэтому их произведения, возникающие в матричных элементах, которым на диаграммах отвечают замкнутые петли, плохо определены с математической точки зрения. Импульсные фурье-образы таких произведений могут не существовать, а формально выражаться через расходящиеся импульсные интегралы.

Проблема УФ-расходимостей была практически решена (т. е. получены конечные выражения для большинства важных физических величин) во 2-й половине 1940-х годов на основе идеи о перенормировках (ренормировках). Суть последней состоит в том, что бесконечные эффекты квантовых флуктуаций, отвечающих замкнутым петлям диаграмм, могут быть выделены в множители, имеющие характер поправок к исходным характеристикам системы. В итоге массы и константы связи g меняются за счёт взаимодействия, т. е. перенормируются. При этом из-за УФ-расходимостей ренормирующие добавки оказываются бесконечно большими. Соотношения перенормировок, связывающие исходные, так называемые затравочные, массы m 0 и затравочные заряды (константы связи) g 0 с физическими m, g:

(9)

(где Z m , Z g - множители перенормировки), оказываются сингулярными. Чтобы избежать сингулярности, вводят вспомо-гательную регуляризацию расходимостей. В аргументах [обозначенных в правых частях (9) многоточиями] радиационных поправок ∆m, ∆g и перенормировочных множителей Z i , наряду с m 0 и g 0 , содержатся сингулярные зависимости от параметров вспомогательной регуляризации. Расходимости устраняют, отождествляя перенормированные массы и заряды (константы связи) с их физическими значениями.

Класс моделей КТП, для которых все без исключения УФ-расходимости удаётся «убрать» в множители перенормировки масс и констант связи, называют классом перенормируемых теорий. В этих теориях все матричные элементы и функции Грина в результате оказываются выраженными несингулярным образом через физические массы, заряды и кинематические переменные. Математическую основу этого утверждения представляет теорема Боголюбова - Парасюка о перенормируемости, на основе которой достаточно просто получаются конечные однозначные выражения для матричных элементов.

В неперенормируемых моделях не удаётся «собрать» все расходимости в перенормировки масс и зарядов. В подобных теориях в каждом новом порядке теории возмущений возникают новые расходящиеся структуры, т. е. они содержат бесконечное число параметров. К такому классу теорий относится, например, квантовая теория гравитации.

Перенормируемые модели КТП характеризуются, как правило, безразмерными константами связи, логарифмически расходящимися вкладами в перенормировку констант связи и масс фермионов и квадратично расходящимися радиационными поправками к массам скалярных частиц (если они есть). Для подобных моделей в результате перенормировки получают перенормированную теорию возмущений, которая и служит основой практических расчётов.

Преобразования (9), связывающие затравочные и перенормируемые константы взаимодействия, имеют групповой характер и образуют непрерывную группу, называемую ренормализационной группой (ренормгруппой). При изменении масштаба функции Грина умножаются на множители, которые нелинейным образом зависят от констант взаимодействия и вычисляются по теории возмущений, а сами константы взаимодействия меняются согласно (9). Решая соответствующие такому масштабному преобразованию дифференциальные уравнения ренормгруппы, можно получить замкнутые решения как функции от эффективных констант взаимодействия, зависящих от масштаба, которые соответствуют суммированию бесконечного ряда теории возмущений. Это позволяет, в частности, найти высокоэнергетические и низкоэнергетические асимптотики функций Грина.

Функциональный интеграл. В КТП важную роль играют полные функции Грина, включающие в себя эффекты взаимодействия. Они могут быть представлены бесконечными суммами членов, отвечающих всё более усложняющимся диаграммам Фейнмана с фиксированным числом и типом внешних линий. Для подобных величин можно дать формальные определения либо через вакуумные средние хронологического произведений полевых операторов в представлении взаимодействия и S-матрицы (что эквивалентно вакуумным средним от Г-произведений полных, то есть гейзенберговых, операторов), либо через функциональные производные от производящего функционала, представленного в виде функционального интеграла, зависящего от вспомогательных классических источников J a (х) полей u а (х). Формализм производящих функционалов в КТП является аналогом соответствующего формализма статистической физики. Он позволяет для полных функций Грина и вершинных функций получить уравнения в функциональных производных, из которых, в свою очередь, можно получить бесконечную цепочку интегро-дифференциальных уравнений, подобных цепочке уравнений для корреляционной функции статистической физики.

Функционального интеграла метод, получивший значительной развитие с 1970-х годов, особенно в теории неабелевых калибровочных полей, является обобщением на КТП квантово-механического метода интегралов по траекториям. В КТП такие интегралы можно рассматривать как формулы усреднения соответствующих классических выражений (например, классической функции Грина для частицы, движущейся в заданном внешнем поле) по квантовым флуктуациям полей.

Первоначально идея перенесения метода функционального интеграла в КТП была связана с надеждой получить компактные замкнутые выражения для основных квантово-полевых величин, пригодные для конструктивных вычислений. Однако выяснилось, что из-за трудностей математического характера строгое определение можно дать лишь интегралам гауссова типа, которые только и поддаются точному вычислению. Поэтому представление функционального интеграла долгое время рассматривали как компактную формальную запись квантово-полевой теории возмущений. Позднее конечнократное представление функционального интеграла в евклидовом пространстве стали использовать для проведения компьютерных расчётов на пространственной решётке (смотри Решёточные теории поля), что позволяет получить результаты, не опирающиеся на теорию возмущений. Представление функционального интеграла сыграло также важную роль в работах по квантованию Янга - Миллса полей и доказательству их перенормируемости.

Лит.: Ахиезер А. И., Берестецкий В. Б. Квантовая электродинамика. 4-е изд. М., 1981; Вайскопф В. Ф. Как мы взрослели вместе с теорией поля // Успехи физических наук. 1982. Т. 138. №11; Боголюбов Н. Н., Ширков Д. В. Введение в теорию квантованных полей. 4-е изд. М., 1984; они же. Квантовые поля. 2-е изд. М., 1993; Ициксон К., Зюбер Ж.-Б. Квантовая теория поля. М., 1984. Т. 1-2; Берестецкий В. Б., Лифшиц Е.М., Питаевский Л. П. Квантовая электродинамика. 4-е изд. М., 2002; Общие принципы квантовой теории поля. М., 2006.

Д. В. Ширков, Д. И. Казаков.

По кнопке выше «Купить бумажную книгу» можно купить эту книгу с доставкой по всей России и похожие книги по самой лучшей цене в бумажном виде на сайтах официальных интернет магазинов Лабиринт, Озон, Буквоед, Читай-город, Литрес, My-shop, Book24, Books.ru.

По кнопке «Купить и скачать электронную книгу» можно купить эту книгу в электронном виде в официальном интернет магазине «ЛитРес» , и потом ее скачать на сайте Литреса.

По кнопке «Найти похожие материалы на других сайтах» можно искать похожие материалы на других сайтах.

On the buttons above you can buy the book in official online stores Labirint, Ozon and others. Also you can search related and similar materials on other sites.

В своей монографии известный физик-теоретик Энтони Зи вводит в предмет одного из самых важных и сложных разделов теоретической физики - квантовой теории поля. В книге рассматривается весьма широкий спектр вопросов: перенормировка и калибровочная инвариантность, ренорм-группа и эффективное действие, симметрии и их спонтанное нарушение, физика элементарных частиц и конденсированное состояние вещества. В отличие от ранее выпущенных книг на эту тему, в работе Э. Зи особое внимание уделяется гравитации, также обсуждается применение квантовой теории поля в современной теории конденсированного состояния вещества.

Кому нужна квантовая теория поля?
Квантовая теория поля появилась из нашей потребности описать эфемерную природу жизни.
Нет, серьезно, квантовая теория поля необходима тогда, когда мы одновременно работаем с двумя величайшими физическими открытиями последнего века прошедшего тысячелетия: специальной теорией относительности и квантовой механикой. Вообразите ракету, которая движется со скоростью, близкой к скорости света. Ее движение описывает специальная теория относительности, а не квантовая механика. С другой стороны, для изучения рассеяния медленных электронов на протоне необходимо учитывать квантовую механику, и при этом можно не иметь ни малейшего понятия о теории относительности.

На пересечении квантовой механики и специальной теории относительности возникают новые явления: частицы могут рождаться и умирать. И именно эти вопросы, связанные с рождением, жизнью и смертью, обусловили развитие нового направления в физике - квантовой теории поля.

Давайте рассуждать эвристически. В квантовой механике есть принцип неопределенности, который гласит, что энергия может испытывать резкие флуктуации за малый промежуток времени. Согласно же специальной теории относительности, энергию можно преобразовать в массу и наоборот. Если объединить принципы квантовой механики и специальной теории относительности, то придем к выводу, что флуктуирующая энергия может превращаться в массу, то есть в ранее не существовавшие частицы.

Оглавление
Предисловие
Соглашения, обозначения и единицы измерений
ЧАСТЬ I. МОТИВИРОВКА И ОБОСНОВАНИЕ
Глава I.1. Кому это нужно?
Глава I.2. Формулировка квантовой физики на языке интеграла по траекториям
Глава I.3. От матраца к полю
Глава I.4. От поля к частице и к силе
Глава I.5. Кулон и Ньютон: отталкивание и притяжение
Глава I.6. Закон обратных квадратов и плавающая 3-брана
глава I.7. Диаграммы Фейнмана
Глава I.8. Каноническое квантование и возмущение вакуума
Глава I.9. Симметрия
Глава I.10. Теория поля в искривленном пространстве-времени
Глава I.11. Резюме теории поля
ЧАСТЬ II. ДИРАК И СПИНОР
Глава II. 1. Уравнение Дирака
Глава II.2. Квантование дираковского поля
Глава II.3. Группа Лоренца и спиноры Вейля
Глава II.4. Связь спина со статистикой
Глава II.5. Энергия вакуума, грассмановы интегралы и фейнма-новские диаграммы для фермионов
Глава II.6. Рассеяние электронов и калибровочная инвариантность
Глава II.7. Диаграммное доказательство калибровочной инвариантности
ЧАСТЬ III. ПЕРЕНОРМИРОВКА И КАЛИБРОВОЧНАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ
Глава III. 1. Обрезание нашего незнания
Глава III.2. Перенормируемые против неперенормируемых
Глава III.3. Контрчлены и физическая теория возмущений
Глава III.4. Калибровочная инвариантность: фотон не знает покоя
Глава III.5. Теория поля без релятивистской инвариантности
Глава III.6. Магнитный момент электрона
Глава III.7. Поляризуя вакуум и перенормируя заряд
ЧАСТЬ IV. СИММЕТРИЯ И НАРУШЕНИЕ СИММЕТРИИ
Глава IV. 1. Нарушение симметрии
Глава IV.2. Пион как намбу-голдстоуновский бозон
Глава IV.3. Эффективный потенциал
Глава IV.4. Магнитный монополь
Глава IV.5. Неабелева калибровочная теория
Глава IV.6. Механизм Андерсона-Хиггса
Глава IV.7. Киральная аномалия
ЧАСТЬ V. ТЕОРИЯ ПОЛЯ И КОЛЛЕКТИВНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Глава V.1. Сверхтекучие жидкости
Глава V.2. Евклид, Больцман, Хокинг и теория поля при конечной температуре
Глава V.3. Теория критических явлений Гинзбурга-Ландау
Глава V.4. Сверхпроводимость
Глава V.5. Пайерлсовская неустойчивость
Глава V.6. Солитонм
Глава V.7. Вихри, монополи и инстантоны
ЧАСТЬ VI. ТЕОРИЯ ПОЛЯ И КОНДЕНСИРОВАННЫЕ СРЕДЫ
Глава VI. 1. Дробная статистика, член Черна-Саймонса и топологическая теория поля
Глава VI.2. Квантовые холловские жидкости
Глава VI.3. Дуальность
Глава VI.4. а-модели как эффективные теории поля
глава VI.5. Ферромагнетики и антиферромагнетики
Глава VI.6. Поверхностный рост и теория поля
Глава VI.7. Беспорядок: реплики и грассманова симметрия
Глава VI.8. Ренорм-групповой поток как естественное понятие в физике высоких энергий и конденсированных сред
ЧАСТЬ VII. ВЕЛИКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ
Глава VII. 1. Квантование теории Янга-Миллса и калибровочная теория на решетке
Глава VII.2. Электрослабое объединение
Глава VII.3. Квантовая хромодинамика
Глава VII.4. Разложение по большим N
Глава VII.5. Великое объединение
Глава VII.6. Протоны не вечны
Глава VII.7. Объединение 50(10)
ЧАСТЬ VIII. ГРАВИТАЦИЯ И ЗА ЕЕ ПРЕДЕЛАМИ А
Глава VIII. 1. Гравитация как теория поля и картина Калуцы-Клейна
Глава VIII.2. Проблема космологической постоянной и проблема космического совпадения
Глава VIII.3. Эффективная теория поля как подход к пониманию природы
Глава VIII.4. Суперсимметрия: очень краткое введение
Глава VIII.5. Немного о теории струн как 2-мерной теории поля Заключение
Приложение А. Гауссово интегрирование и основное тождество квантовой теории поля
Приложение В. Краткий обзор теории групп
Приложение С. Правила Фейнмана
Приложение D. Разные тождества и фейнмановские интегралы
Приложение Е. Пунктирные и непунктирные индексы. Майора-новский спинор
Решения некоторых упражнений
Рекомендуемая литература
Предметный указатель.

Физика - самая загадочная из всех наук. Физика дает нам понимание окружающего мира. Законы физики абсолютны и действуют на всех без исключения, не взирая на лица и социальный статус.

Данная статья предназначена для лиц старше 18 лет

А вам уже исполнилось 18?

Фундаментальные открытия в области квантовой физики

Исаак Ньютон, Никола Тесла, Альберт Эйнштейн и многие другие — великие проводники человечества в удивительном мире физики, которые подобно пророкам открыли человечеству величайшие тайны мироздания и возможности управления физическими явлениями. Их светлые головы рассекли тьму невежества неразумного большинства и подобно путеводной звезде указали путь человечеству во мраке ночи. Одним из таких проводников в мире физики стал Макс Планк — отец квантовой физики.

Макс Планк не только основоположник квантовой физики, но и автор всемирно известной квантовой теории. Квантовая теория — важнейшая составляющая квантовой физики. Простыми словами, данная теория описывает движение, поведение и взаимодействие микрочастиц. Основатель квантовой физики также принес нам и множество других научных трудов, которые стали краеугольными камнями современной физики:

• теория теплового излучения;
• специальная теория относительности;
• исследования в области термодинамики;
• исследования в области оптики.

Теория квантовой физики о поведении и взаимодействии микрочастиц стала основой для физики конденсированного состояния, физики элементарных частиц и физики высоких энергий. Квантовая теория объясняет нам суть множества явлений нашего мира — от функционирования электронных вычислительных машин до строения и поведения небесных тел. Макс Планк, создатель данной теории, благодаря своему открытию позволил нам постигнуть истинную суть многих вещей на уровне элементарных частиц. Но создание данной теории — далеко не единственная заслуга ученого. Он стал первым, кто открыл фундаментальный закон Вселенной — закон сохранения энергии. Вклад в науку Макса Планка сложно переоценить. Если говорить кратко, то его открытия бесценны для физики, химии, истории, методологии и философии.

Квантовая теория поля

В двух словах, квантовая теория поля — это теория описания микрочастиц, а также их поведения в пространстве, взаимодействия между собой и взаимопревращения. Данная теория изучает поведение квантовых систем в рамках, так называемых степеней свободы. Это красивое и романтичное название многим из нас толком ничего не говорит. Для чайников, степени свободы — это количество независимых координат, которые необходимы для обозначения движения механической системы. Простыми словами, степени свободы — это характеристики движения. Интересные открытия в области взаимодействия элементарных частиц совершил Стивен Вайнберг. Он открыл так называемый нейтральный ток — принцип взаимодействия между кварками и лептонами, за что и получил Нобелевскую премию в 1979-ом году.

Квантовая теория Макса Планка

В девяностых годах восемнадцатого века немецкий физик Макс Планк занялся изучением теплового излучения и в итоге получил формулу для распределения энергии. Квантовая гипотеза, которая родилась в ходе данных исследований, положила начало квантовой физике, а также квантовой теории поля, открытой в 1900-ом году. Квантовая теория Планка заключается в том, что при тепловом излучении продуцируемая энергия исходит и поглощается не постоянно, а эпизодически, квантово. 1900-ый год, благодаря данному открытию, которое совершил Макс Планк, стал годом рождения квантовой механики. Также стоит упомянуть о формуле Планка. Если говорить кратко, то ее суть следующая — она основана на соотношении температуры тела и его излучения.

Квантово-механическая теория строения атома

Квантово-механическая теория строения атома является одной из базовых теорий понятий в квантовой физике, да и в физике вообще. Данная теория позволяет нам понять строение всего материального и открывает завесу тайны над тем, из чего же на самом деле состоят вещи. А выводы, исходя из данной теории, получаются весьма неожиданные. Рассмотрим строение атома кратко. Итак, из чего же на самом деле состоит атом? Атом состоит из ядра и облака электронов. Основа атома, его ядро, содержит в себе почти всю массу самого атома — более 99 процентов. Ядро всегда имеет положительный заряд, и он определяет химический элемент, частью которого является атом. Самым интересным в ядре атома является то, что он содержит в себе практически всю массу атома, но при этом занимает лишь одну десятитысячную его объема. Что же из этого следует? А вывод напрашивается весьма неожиданный. Это значит, что плотного вещества в атоме — всего лишь одна десятитысячная. А что же занимает все остальное? А все остальное в атоме — электронное облако.

Электронное облако — это не постоянная и даже, по сути, не материальная субстанция. Электронное облако — это лишь вероятность появления электронов в атоме. То есть ядро занимает в атоме лишь одну десятитысячную, а все остальное — пустота. И если учесть, что все окружающие нас предметы, начиная от пылинок и заканчивая небесными телами, планетами и звездами, состоят из атомов, то получается, что все материальное на самом деле более чем на 99 процентов состоит из пустоты. Эта теория кажется вовсе невероятной, а ее автор, как минимум, заблуждающимся человеком, ведь вещи, существующие вокруг, имеют твердую консистенцию, имеют вес и их можно осязать. Как же он могут состоять из пустоты? Не закралась ли ошибка в эту теорию строения вещества? Но ошибки тут никакой нет.

Все материальные вещи кажутся плотными лишь за счет взаимодействия между атомами. Вещи имеют твердую и плотную консистенцию лишь за счет притяжения или же отталкивания между атомами. Это и обеспечивает плотность и твердость кристаллической решетки химических веществ, из которых и состоит все материальное. Но, интересный момент, при изменении, например, температурных условий окружающей среды, связи между атомами, то есть их притяжение и отталкивание может слабеть, что приводит к ослаблению кристаллической решетки и даже к ее разрушению. Именно этим объясняется изменение физических свойств веществ при нагревании. Например, при нагревании железа оно становится жидким и ему можно придать любую форму. А при таянии льда, разрушение кристаллической решетки приводит к изменению состояния вещества, и из твердого оно превращается в жидкое. Это яркие примеры ослабления связей между атомами и, как следствие, ослабления или разрушения кристаллической решетки, и позволяют веществу стать аморфным. А причина таких загадочных метаморфоз как раз в том, что вещества лишь на одну десятитысячную состоят из плотной материи, а все остальное — пустота.

И вещества кажутся твердыми лишь по причине прочных связей между атомами, при ослаблении которых, вещество видоизменяется. Таким образом, квантовая теория строения атома позволяет совершенно по-другому взглянуть на окружающий мир.

Основатель теории атома,Нильс Бор, выдвинул интересную концепцию о том, что электроны в атоме не излучают энергию постоянно, а лишь в момент перехода между траекториями своего движения. Теория Бора помогла объяснить многие внутриатомные процессы, а также сделала прорыв в области такой науки, как химия, объясняя границу таблицы, созданной Менделеевым. Согласно , последний элемент, способный существовать во времени и пространстве, имеет порядковый номер сто тридцать семь, а элементы, начиная со сто тридцать восьмого, существовать не могут, так как их существование противоречит теории относительности. Также, теория Бора объяснила природу такого физического явления, как атомные спектры.

Это спектры взаимодействия свободных атомов, возникающие при излучении энергии между ними. Такие явления характерны для газообразных, парообразных веществ и веществ в состоянии плазмы. Таким образом, квантовая теория сделала революцию в мире физики и позволила продвинуться ученым не только в сфере этой науки, но и в сфере многих смежных наук: химии, термодинамики, оптики и философии. А также позволила человечеству проникнуть в тайны природы вещей.

Еще очень многое надлежит перевернуть человечеству в своем сознании, чтобы осознать природу атомов, понять принципы их поведения и взаимодействия. Поняв это, мы сможем понять и природу окружающего нас мира, ведь все, что нас окружает, начиная с пылинок и заканчивая самим солнцем, да и мы сами — все состоит из атомов, природа которых загадочна и удивительна и таит в себе еще массу тайн.