Tag Archives: kvantna teorija polja

Koja je razlika između kvantne teorije polja i teorije struna?

Kvantna teorija polja i teorija struna dva su okvira za opisivanje temeljne prirode stvarnosti. Kvantna teorija polja temelji se na ideji da svaka točka u prostor-vremenu ima skup polja povezanih s njom, te da su čestice pobude tih polja. Teorija struna temelji se na ideji da najosnovniji entiteti nisu točkaste čestice, već jednodimenzionalne strune koje mogu vibrirati na različite načine.

Jedna od glavnih razlika između kvantne teorije polja i teorije struna je ta što je kvantna teorija polja kompatibilna s načelima posebne relativnosti i kvantne mehanike, ali ne i s općom relativnošću, koja je teorija gravitacije. Teorija struna, s druge strane, kandidat je za teoriju kvantne gravitacije, koja bi ujedinila sve fundamentalne sile prirode.

Druga je razlika u tome što je kvantna teorija polja dobro ispitana i potvrđena mnogim eksperimentima, dok je teorija struna još uvijek spekulativni i matematički okvir koji još nije dao nikakva provjerljiva predviđanja. Kvantna teorija polja također je fleksibilnija i može prihvatiti različite vrste čestica i interakcija, dok je teorija struna više ograničena i zahtijeva dodatne dimenzije prostora i supersimetriju za rad.

Treća razlika je u tome što je kvantna teorija polja lokalna teorija, što znači da interakcije između čestica ovise samo o njihovim položajima i brzinama u određenom trenutku u vremenu. Teorija struna je ne-lokalna teorija, što znači da interakcije između struna ovise o njihovoj cjelokupnoj povijesti i oblicima u prostor-vremenu.

Kvantna teorija polja i teorija struna nisu nužno nekompatibilne, a neki se fizičari nadaju da se teorija struna može promatrati kao generalizacija kvantne teorije polja. Zapravo, teorija struna može reproducirati mnoge aspekte kvantne teorije polja uzimajući u obzir određena ograničenja i aproksimacije. Na primjer, struna se može aproksimirati točkastom česticom kada je njezina duljina mnogo manja od ljestvice udaljenosti od interesa. Nasuprot tome, neke kvantne teorije polja mogu se izvesti iz teorije struna razmatranjem određenih vrsta struna i pozadine.

Šta je kvantna teorija polja?

Polja

Učimo u školi da su osnovni građevinski blokovi materije čestice. U stvari, često nastavimo da to učimo na univerzitetima gde objašnjavamo da kvarkovi i elektroni čine lego-cigle iz kojih se sve stvari stvaraju.

Ali ova izjava skriva dublju istinu. Prema našim najboljim znanjima o zakonitostima u prirodi, osnovni građevinski blokovi prirode nisu uopće diskretne čestice. Umjesto toga, to su neprekidne supstance poput tečnosti, proširene po cijelom prostoru. Ove objekte zovemo polja.


Najpoznatiji primjeri polja su električno i magnetsko polje. Vrtlozi u ovim poljima dovode do onoga što zovemo svjetlost ili, općenito, elektromagnetski talasi. Polje koje se pojavljuje iz magneta prikazuje se ispod.

Slika: Magnetno polje magneta

Od polja do čestica

Ako pažljivo pogledate na elektromagnetne talase, vidjećete da su napravljeni od čestica zvanih fotoni. Razmak između električnih i magnetnih polja pretvara se u čestice kada uključimo efekte kvantne mehanike.


Ali ovaj isti proces je u igri za sve druge čestice za koje znamo. Postoji, raspršuje se tanko kroz čitav prostor, nešto što se zove elektronsko polje. Zupci polja elektrona se vezuju u snop energije pomoću kvantne mehanike. A ovaj paket energije je ono što zovemo elektronom. Slično tome, postoji polje kvarkova i polje gluona i polje Higgs bosona. Svaka čestica tvoga tijela — zaista, svaka čestica u Univerzumu — je mali vrtlog polja, oblikovana u česticu mehanizmom kvantne mehanike.


Zašto je teorija kvantnog polja teška

Kvantno polje je komplikovan objekat. Djelimično to je zato što sadrži svu fiziku: polje može opisati ogroman broj čestica, u interakciji u nebrojenim različitim načinima. Ipak, čak i prije nego što dođemo do ovih poteškoća, postoji još jedan razlog zbog kog je kvantna teorija polja teška.

Animacija pokazuje kompjutersku simulaciju praznog prostora. To je ono kako izgleda vakum, prostor koji nema sve čestice. Kao što vidite, daleko je od praznog. Veza sa Heisenbergovom nesigurnošću znači da kvantno polje ne može mirno da sjedi. Umjesto toga, pijeni i vrije poput čvrste supe čestica i anti-čestica, konstantno stvorenih i uništenih.


Ova složenost je ono što čini kvantnu teoriju polja teškom. Čak ništa je teško razumjeti u kvantnoj teoriji polja. Kada počnete da dodate čestice, vakuum se na zanimljiv način iskrivljuje. Ovo je teško. Mnoge decenije nakon otkrivanja teorije kvantnih polja, još uvijek smo daleko od razumjevanja svih suptilnosti koje sadrži.

Izvor:http://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/whatisqft.html