אם כבר אנו עוסקים בשדות...
הנה לך פירוט
מויקיפדיה בעברית על
תורת השדות... (להבא אל תבלבלי במוח עם הרצאה מיותרת על מושג שברור מאליו אחרי חצי משפט) תורת השדות הקוונטית תורת השדות הקוונטית היא הבסיס התיאורטי לכמעט כל התופעות הידועות. היא עוסקת בפיזיקה של קנה מידה קטן ביותר, עד מיליארדית של מיליארדית המטר (אלפית מגודלו של גרעין האטום). היא מתארת את התנהגותם של כל החלקיקים האלמנטריים הידועים (כמו אלקטרונים, פוטונים ואבני הבניין של הגרעין) ומתארת את הכוח האלקטרומגנטי, הכוח הגרעיני החזק והכוח הגרעיני החלש. רקע תורת השדות הקוונטית מבוססת על שילוב של מכניקת הקוונטים ותורת היחסות הפרטית. בהתאם לכך, היא משלבת מספר עקרונות שונים, השאובים משתי תורות אלה: עקרון אי הוודאות - עקרון הגורס כי לא ניתן למדוד במדויק את מהירותו של חלקיק וגם את מיקומו. ככל שנדע את מהירותו בדיוק רב יותר - כך תגבר אי הוודאות במיקומו, ולהיפך. עקרון דומה קיים לגבי גדלים נוספים, כמו זמן החיים של החלקיק (משך הזמן שהוא מתקיים) והאנרגיה שלו. שניות גל-חלקיק - חלקיקי היסוד ניתנים להצגה ומדידה הן כחלקיקים והן כגלים. אקראיות - בטבע קיימת אקראיות אמיתית. כאשר אנו מבצעים ניסוי, בדרך כלל יהיו לניסוי מספר תוצאות אפשריות. לכל תוצאה הסתברות מסוימת, והשאלה איזו תוצאה תתקבל בפועל היא אקראית. מהירות האור מהווה גודל מוחלט ואינווריאנטי. גם אם שני אנשים נעים במהירויות שונות, ומודדים את מהירותה של קרן אור, הם תמיד ימדדו את אותה מהירות. תורת השדות הקוונטית מבוססת גם על תורת השדות הקלאסית. דוגמה לתורת השדות הקלאסית היא אלקטרומגנטיות, העוסקת בשדה החשמלי ובשדה המגנטי. [עריכה] חלקיקים ואינטרקציות בין חלקיקים כאמור, תורת השדות הקוונטית מתארת את התנהגותם של החלקיקים האלמנטריים, כמו אלקטרונים ופוטונים. התנהגותו של כל חלקיק מתוארת על ידי שני אלמנטים בסיסיים: התנועה של החלקיק כשלעצמו במרחב - לכל חלקיק יש מסה (ליתר דיוק מסת מנוחה), הקובעת כיצד הוא ינוע במרחב. חלקיקים חסרי מסה (כלומר שהמסה שלהם שווה אפס) - כמו הפוטון - נעים במהירות האור, וחלקיקים בעלי מסה - כמו האלקטרון - ינועו במהירות קטנה יותר או לא ינועו כלל, תלוי באנרגיה שלהם. אינטרקציות בין חלקיקים - חלקיקים מסוימים עשויים לפלוט או לבלוע חלקיקים אחרים. למשל, אלקטרון יכול לבלוע או לפלוט פוטון. כאשר אלקטרון פולט פוטון, הפוטון נוצר "יש מאין" בנקודה בה נמצא האלקטרון, ומתרחק משם. כאשר אלקטרון בולע פוטון, הפוטון מגיע עד לנקודה בה נמצא האלקטרון, ונעלם שם. יש לציין שהאנרגיה והתנע של הפוטון שנבלע נמסרים לאלקטרון (וכאשר פוטון נפלט, הוא מקבל את האנרגיה והתנע שלו מהאלקטרון). לדוגמה, אנו יודעים כי שני אלקטרונים דוחים זה את זה (לשניהם מטען חשמלי שלילי, ומטענים חשמליים שליליים דוחים זה את זה). דחייה זו מוסברת בתורת השדות הקוונטית באופן הבא: שני האלקטרונים נעים במרחב, כאשר בשלב מסוים אחד מהם פולט פוטון. הפוטון נע לעבר האלקטרון השני ונבלע על ידו. המעבר של הפוטון גורם לשינוי בתנועת האלקטרונים, שאותו אנו מפרשים כדחייה הדדית ביניהם. תורת השדות הקוונטית אינה מסבירה כיצד מתרחשת הפליטה או הבליעה (התורה היחידה המתיימרת לתת לכך הסבר היא תורת המיתרים). התהליכים של פליטת פוטון ובליעת פוטון הם תהליכים הסתברותיים. בתנאים המתאימים, לאלקטרון סיכוי של 1 חלקי 137 לפלוט או לבלוע פוטון. מספר זה קרוי קבוע הצימוד של האלקטרון לפוטון, והוא קובע את גודלו של המטען החשמלי של האלקטרון. לא ידוע למה ערכו דווקא 1/137. סיכום על היסטוריות עקרון בסיסי של תורת השדות הקוונטית הוא העקרון של סיכום על היסטוריות. ביום יום אנו רגילים שכאשר גוף נע בין שתי נקודות, הוא עובר דרך מסלול אחד. בגלל אופיה ההסתברותי של תורת הקוונטים, לכל חלקיק הנע בין שתי נקודות, יש מספר מסלולים אפשריים. כמו כן, בדרך החלקיק יכול לפלוט או לבלוע חלקיקים אחרים. כל מסלול כזה (כולל כל התהליכים שקרו לחלקיק בדרך) נקרא "היסטוריה" אפשרית של החלקיק, ויש לו הסתברות מסוימת. עקרון הסיכום על היסטוריות קובע, שהחלקיק למעשה יעבור דרך כל המסלולים האפשריים בו זמנית, כך שכדי לדעת מה יקרה לו בסופו של דבר צריך לסכם (בצורה מיוחדת) על כל ההיסטוריות האפשריות של החלקיק, תוך התחשבות בהסתברות של כל היסטוריה. אנו אומרים, שההיסטוריה של החלקיק היא סופרפוזיציה של כל ההיסטוריות האפשריות שלו. למשל, אפשר לדמיין ניסוי, שבו אור פוגע במסך אטום שיש בו שני חריצים מקבילים. האור יעבור דרך שני החריצים, ויעבור לצד השני. האור מורכב מחלקיקים הקרויים פוטונים. בניסוי שתואר, היינו מצפים שחלק מהפוטונים יפגעו במסך ו"ייבלעו" בו, חלק יעברו דרך חריץ אחד וחלק דרך החריץ השני. למעשה, הפוטונים עשויים לעבור דרך שני החריצים בו זמנית - על פוטון כזה נאמר שהוא גם נע במסלול אחד דרך חריץ אחד ועבר לצד השני, וגם (בו זמנית) נע במסלול שני דרך החריץ השני ועבר לצד השני. הקשר לתורת שדות קלאסית כיוון שכל חלקיק עובר סופרפוזיציה של כל התהליכים האפשריים שהוא יכול לעבור, מסתבר שכל אלקטרון פולט ללא הרף פוטונים ובולע אותם חזרה, לאחר שהם "מתרוצצים" סביבו. כך נוצרת מעין "הילה" של פוטונים סביב כל אלקטרון; פוטונים אלה קרויים פוטונים וירטואליים. כאשר אלקטרון אחר עובר ב"הילה" זו, הוא עשוי לבלוע חלק מהפוטונים הללו, וכך נוצרת אינטרקציה בין שני האלקטרונים - הפוטונים שיעברו ביניהם יגרמו להם לשנות את תנועתם, מה שייראה כהפעלת כוח אלקטרומגנטי ביניהם. לפיכך, "הילה" זו היא למעשה שדה אלקטרומגנטי, כלומר שדה חשמלי ושדה מגנטי. לפני פיתוח תורת הקוונטים, עסקה הפיזיקה הקלאסית בשדות כמו אלה כבגדלים בסיסיים, הקיימים סביב אלקטרונים ומטענים חשמליים אחרים. תורת השדות הקוונטית מסבירה מהם שדות אלה במונחים של חלקיקים. גם נקודת המבט ההפוכה היא לגיטימית: ניתן להתייחס לשדה (כמו השדה האלקטרומגנטי) כאל הגודל הבסיסי, ולחשוב על חלקיקים (כמו הפוטונים) כעל שינויים קטנים ומחזוריים בשדה. לשינויים כאלה אנו קוראים גלים, כפי שגל ים מהווה שינוי קטן ומחזורי (בקירוב) בגובה פני הים. ואולם, לפי מכניקת הקוונטים הגלים בתורת הקוונטים מתנהגים באופן שונה מהגלים שאנו מכירים בחיי היום-יום - הם באים ב"חבילות", ולא באופן רציף, וחבילות אלה הן החלקיקים. כל זה נכון לגבי חלקיקים שהם בוזונים (לדוגמה הפוטונים). מספר בוזונים מאותו סוג יכולים להימצא באותו מקום. שדה המתאים לחלקיקים אלה קרוי שדה בוזוני, וכאמור הוא צירוף של חלקיקים רבים מאותו סוג (מה שנקרא מצב קוהרנטי). חלקיקים מסוג אחר קרויים פרמיונים (לדוגמה אלקטרונים). שני פרמיונים מאותו סוג ובאותו מצב פיזיקלי לא יכולים להימצא באותו מקום. באופן פורמלי אפשר להגדיר גם שדה המתאים לחלקיקים כאלה, וקרוי שדה פרמיוני, אך הוא אינו דומה לשדות הקיימים בפיזיקה קלאסית.
