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,进行数学处理时需要用到所谓的“耦合常数”
。
耦合常数衡量的是两个场交换能量的难易程度,数值越大,两个量子(粒子)相互作用的可能性越高。
整个过程看起来非常简单,这正是费曼的数学方法的力量所在。
费曼图删去了一页又一页冗余的数学术语,将其精简为最基本的内容。
画入射电子的传播函数、光子的传播函数、出射电子的传播函数以及耦合常数,把它们结合在一起,就可以预测电子和光子将如何相互作用。
QED理论行之有效。
电荷的解释……最终
一束普通的光是由光子组成的,这些光子遵循特定的方向、速度和能量定律。
如果两个电子相互传递光子,就像足球运动员相互传球那样,它们就可以交换光子。
由于海森堡不确定性原理,我们无法知道光子的实际运动方向。
我们可以说发生了光子交换,但不知道哪个电子接收光子、哪个电子贡献光子—否则这将提供太多的动量和位置信息。
这些发生在电子之间的光子交换就像临时的光子涟漪,而不是永恒的光束,所以它们显然不是平常的光子。
想象湖面有两艘船,它们紧贴着交错行驶。
这样,它们产生的尾迹会在两艘船中间相遇,形成临时的水波扰动,将两艘船分开。
这两艘船未曾接触,却通过水波场传递这种瞬时波动,从而交换能量。
之后它们不会沿直线通过,而是以一定角度偏转。
玩具船(如上图)代表电子,水中的膨胀(玩具船之间的同心圆)代表交换的光子。
当能量转移时,光子只是短暂地存在。
我们把这种电磁场中的瞬时波动称为“虚光子”
,用以与构成光束的、实际的、永恒的光子区分开。
同理,我们可以把推开两艘船的水波称为“膨胀水波”
,而不是独自在海洋中游弋的永恒水波。
虚光子不会长久存在,也不需要遵循通常的物理规则,所以我们可以赋予它们通常看不到的各种属性,来解释我们希望看到的任何现象。
虚光子迫使电子分开,并在电子之间传递能量,但如果其中一个电子带相反的电荷,虚光子就会获得“负能量”
,像旋涡一样把粒子吸到一起。
[5]
下图左表示两个带相同电荷的粒子相互排斥,下图右表示两个带相反电荷的粒子相互吸引。
对它们的计算比较复杂,因为我们要用到两个耦合常数(图中的顶点)和五个传播函数(每个粒子线),但QED得到的答案非常准确。
电荷可以测量粒子与光子场相互作用的强弱,以及虚光子的行为方式。
物理学家朱利安·施温格(与费曼共享诺贝尔奖)说,我们应该想象电子本身不断地激发和吸收虚光子,就像一个人在不停地抛接球,因此在运动时创造了一个虚光子云,其他粒子可以撞到这片云中。
QED解释了电荷的本质。
打破定律
从很久以前起,我们就一直相信一件事:有果必有因,无因必无果。
你永远不可能无中生有,也永远不可能化实为虚。
这一原则由夏特莱侯爵夫人提出,现在的表述是“能量既不会凭空产生,也不会凭空消失”
,这就是能量守恒定律。
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