نظریه پوزیترون ها:
پیش بینی وجود ذرات مجازی
🆔 @Physics3p
معادله دیراک ( https://hottg.com/physics3p/3071 ) نتیجه‌ی سازگار کردن نسبیت با مکانیک کوانتومی است. در مطلب "معادله دیراک" توضیح دادیم که این معادله ذره ای مشابه الکترون ولی با بار مثبت را پیش بینی می کرد و علاوه بر پاد ذره الکترون، پاد ذراتی برای پروتون و نوترون هم پیش بینی می کند. وجود پاد ذره جهان قابل رویت را شگفت انگیز تر می کند و در عین حال فضای خالی را پیچیده تر.
ریچارد فاینمن اولین کسی بود که یک درک مستقیم را برای اینکه چرا این معادله نیاز مند وجود پاد ذرات است فراهم کرد که در نهایت منجر به اثبات این مطلب شد که فضای خالی کاملاً خالی نیست. فاینمن فهمید که نسبیت به ما می گوید ناظرینی که با سرعت متفاوتی حرکت می کنند، از کمیت هایی مثل زمان و فاصله، اندازه گیری های متفاوتی دارند. برای مثال برای اجسامی که با سرعت حرکت می کنند، زمان آهسته تر می گذرد. اگر به نوعی کسی بتواند سریع تر از نور حرکت کند به نظر می آید او در زمان به عقب باز خواهد گشت، که این یکی از دلایلی است که سرعت نور را به عنوان حد سرعت کیهانی درنظر می گیرند.
یکی از اصول کلیدی مکانیک کوانتومی، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ است، که عنوان می کند برای یک جفت مشخصات خاص مانند سرعت و موقعیت در یک سیستم داده شده، نمی توان در یک لحظه مقدار قطعی تعیین کرد. یا به لحاظ دیگر، اگر شما یک سیستمی را در یک بازه زمانی ثابت اندازه گیری کنید، نمی توانید انرژی کل اش را به طور دقیق محاسبه کنید.
نکته ای که این مطالب به آن اشاره دارد این است که برای زمان های بسیار کوتاه، آنقدر کوتاه که شما نتوانید سرعتشان را با دقت بالا اندازه گیری کنید، مکانیک کوانتومی این احتمال را جلوی شما می گذارد که این ذرات ظاهرا با سرعت بیش از نور حرکت کنند! اما اگر سرعتشان بیشتر از نور باشد انیشتین به ما می گوید که آنها باید طوری رفتار کنند که انگار در حال بازگشت در زمان هستند!
فاینمن به حد کافی شجاعت داشت تا این احتمال ظاهرا عجیب را جدی بگیرد و معانی دیگری از آن استخراج کند. او نمودار۱ را برای الکترونی کشید که به طور متناوب در میان مسیر حرکتش، سرعتش از سرعت نور عبور می کند.
او فهمید که نسبیت به ما می گوید ممکن است ناظر دیگری وجود داشته باشد که به طور متناوب چیزی را مشاهده کند مانند نمودار۲؛ با الکترونی که در زمان به جلو می رود، بعد عقب می رود و دوباره جلو می رود.
با این حال حرکت در جهت عکس زمان برای بار منفی از لحاظ ریاضی مطابقت دارد با حرکت در جهت مثبت زمان برای بار مثبت. بنابراین نسبیت برای جلوگیری از تناقضِ حرکت الکترون در جهت عکس زمان نیازمند وجود ذرات با بار مثبت است که جرم و سایر مشخصات مشابه با الکترون را دارند. در این حالت، می توان نمودار دوم فاینمن را به صورت نمودار ۳ تفسیر کرد: الکترونی در حال حرکت است، سپس در نقطه دیگری از فضا یک جفت الکترون-پوزیترون از هیچ بوجود می آیند، سپس پوزیترون به الکترون اولیه برخورد می کند و هر دو از بین می روند. در نهایت الکترونی به جا می ماند که در حال حرکت است.
در زمان کوتاهی حداقل برای یک لحظه، چیزی از هیچ چیز اقدام به تولید مثل کرد! این ذرات که در زمان بسیار کوتاه پدید آمده و ناپدید می شوند را ذرات مجازی می نامند. فاینمن به زیبایی این تناقض را در مقاله ای با نام «نظریه پوزیترون ها» در سال ۱۹۴۹ توضیح داد.
🆔 @Physics3p
📚 جهانی از عدم لاورنس کراوس
>>Click here to continue<<
