Притяжение при обменном взаимодействии.

[contrentrop]

Согласно теории обменного взаимодействия, одноименные заряды перебрасываются фотонами, и, тем самым, расталкиваются. Тут всё понятно.

Как, с точки зрения этой же теории, объяснить притяжение разноимённых зарядов?

Нигде вразумительного объяснения не нашёл.

[12d3]

contrentrop в сообщении #1233627 писал(а):

Тут всё понятно.

Неужели? Мне не объясните?

[Dmitriy40]

Да как раз просто: от одного заряда фотон уносит импульс и заряд улетает в сторону, второму заряду фотон приносит импульс - и заряд тоже улетает, и, что характерно, тоже в сторону, так что законы сохранения выполняются. Как это соотносится с реальностью - лучше не спрашивайте, не отвечу, за такие выражения банят.

[contrentrop]

12d3 в сообщении #1233629 писал(а):

contrentrop в сообщении #1233627 писал(а):

Тут всё понятно.

Неужели? Мне не объясните?

Я думал, мне тут будут объяснять. Объясняю: заряд отбрасывая фотон, получает импульс в обратную сторону. Второй заряд, получая этот же фотон, получает импульс в направлении фотона. То есть, первый и второй заряды отталкиваются. Всё.

[svv]

contrentrop в сообщении #1233633 писал(а):

Я думал, мне тут будут объяснять.

Описываю одну из проблем.

Dmitriy40 в сообщении #1233632 писал(а):

законы сохранения выполняются

Сохраняются ли первоначальные энергия и импульс в момент, когда фотон уже излучился первым электроном, но ещё не поглотился вторым? (Движение второго заряда ещё не изменилось, и его можно не рассматривать.)

Оказывается, нет. Довольно очевидно, что можно найти такую систему отсчёта, в которой векторы скорости электрона до и после излучения равны по модулю. В этой системе совпадают и значения кинетической энергии электрона до и после излучения. Тогда откуда взял энергию фотон?

Это — известный факт: свободный электрон в классической (в смысле — неквантовой, хотя, возможно, релятивистской) механике не может ни излучить, ни поглотить фотон.

[arseniiv]

contrentrop
Тут говорят, что это относится к виртуальным фотонам, а они могут иметь 4-импульс, не лежащий на массовой поверхности (в данном случае световом конусе), т. е. для которых не обязательно $E^2 - p^2 = m^2 = 0$. Например, они могут иметь импульс, направленный в одну сторону, а перемещаться в другую (кажется). Кроме того, они не обязательно поперечные. В общем, я тут тоже не разбираюсь и просто повторяю некоторые слова без понимания, но могу позволить себе утверждать, что до нерелятивистской квантовой механики об этом думать вредно, ну и вообще о фотонах, даже об обычных, до КЭД думать тоже вредно. Ещё писали, что не обязательно рассматривать виртуальные фотоны вообще, не выражая эффекты через взаимодействие с ними; квантовое поле вообще гипотетически можно рассматривать само по себе. Щас меня тапками закидают, что вообще упомянул про виртуальные фотоны.

В любом случае, если вы думаете, что электрон и фотон — это две такие маленькие точечки, неверно.

[Munin]

contrentrop в сообщении #1233633 писал(а):

Я думал, мне тут будут объяснять.

Ну что вы. Для этого надо начинать разговор совсем иначе, чем вы.

Кстати, само объяснение тут несколько раз уже давали, так что можно даже поискать. Но это же не барское дело...

[Aritaborian]

arseniiv в сообщении #1233635 писал(а):

В любом случае, если вы думаете, что электрон и фотон — это две такие маленькие точечки, неверно.

Разумеется, нет. Это два таких маленьких шарика, а это совсем не то же самое, что точечки!

[svv]

Так они же почему шарики. При приближении к сингулярности на слишком близкое расстояние электрон начинает пребольно биться током, и дальнейшее приближение невозможно.

[Dmitriy40]

Ну, я был уверен что предлагаемое наивное объяснение неверно (хотя и не уверен почему). Так что вопросы считаю обращёнными не к себе.
И кстати, где моя медаль за телепатию?

[Cos(x-pi/2)]

contrentrop в сообщении #1233633 писал(а):

Я думал, мне тут будут объяснять. Объясняю: заряд отбрасывая фотон, получает импульс в обратную сторону. Второй заряд, получая этот же фотон, получает импульс в направлении фотона. То есть, первый и второй заряды отталкиваются. Всё.

contrentrop
Если Вы считаете сказанное вами объяснением, то тогда, пожалуйста, объясните (главным образом, себе самому!) ещё вот что:

. Как заряд в вашей теории узнаёт, в каком месте пространства находится второй заряд, чтобы пульнуть фотоном именно в его сторону?

. И как в вашей теории зарядам удаётся столь метко, без промахов попадать друг в друга? Ведь было бы более правдоподобно думать, что заряд может кинуть фотон в любую сторону. И тогда, нечаянно кинув фотон в противоположную сторону от второго заряда, первый заряд получит импульс по направлению к нему, а не от, как Вы нас учите.

. Заряды перебрасываются всё время одним и тем же фотоном (непонятно как попадая друг в друга без промахов), или у них есть запас фотонов, на случай промахов? Если есть промахи, то почему у зарядов не кончатся патроны фотоны?

. А в случае, когда в пространстве есть всего один заряд, он кидает фотоны? Если да, то в какую сторону? Уносят ли эти фотоны энергию от заряда? Если да, то по вашей теории одиночный заряд должен всё время терять энергию, что явно не соответствует действительности.

. И вот ещё: ведь фотон - квантовая частица; и, допустим, электроны, которые обмениваются фотоном, - они тоже обязательно квантовые частицы (это экспериментальный факт). А Вы рассуждаете так, как будто каждая из этих частиц движется по определённой трактории, как классические частицы: Вы совершенно не учитываете соотношение неопределённостей Гейзенберга для координат и импульсов частиц. Это грубая ошибка.



Всё это означает, что наглядная модель отталкивания, о которой Вы говорите, - ерунда на постном масле. Поэтому не надо искать и такую же ерундовую модель притяжения.

Правильный подход вот какой. Если Вы не знакомы с квантовой механикой и с квантовой теорией поля, то довольствуйтесь классической картиной электрического поля: она чётко объясняет силы взаимодействия зарядов с учётом их знаков, без привлечения сугубо квантового понятия "фотон".

В квантовой же теории поля взаимодействие зарядов описывается путём вычисления энергии системы "заряд + заряд + неопределённо большое количество виртуальных фотонов". Вычисление показывает, что в случае зарядов одинакового знака энергия системы больше, чем без фотонов, и тем больше, чем ближе друг к другу покоятся заряды (как и в классической теории, об этом факте можно говорить как о наличии отталкивания одинаково заряженных частиц), а при разных знаках зарядов - энергия, наоборот, меньше (это соответствует классической картине притяжения).

До тех пор, пока не изучите как следует квантовую физику (и вообще физику, со всеми необходимыми вычислениями), не дурите себе голову ерундовыми картинками. Квантовое понятие "фотон" далеко не детское; в квантовой теории поля есть диаграммы Фейнмана, удобные для анализа взаимодействия частиц, но это совсем не то, что Вы представили в вашем "объяснении".

[Cos(x-pi/2)]

В предположении, что тема этой ветки может интересовать многих учеников, добавлю чуть-чуть более подробное пояснение того, как кулоновское взаимодействие двух зарядов описывается в квантовой теории поля с помощью виртуальных фотонов:

(притяжение и оттаклкивание зарядов в квантовой теории поля)

Пусть есть два закреплённых на расстоянии $r$ друг от друга маленьких заряженных шарика "1" и "2", с зарядами $q_1$ и $q_2$ любого знака. Их мы будем рассматривать для простоты как классические тела (не как квантовые частицы). Для наглядности можно изобразить их "диаграммой" - двумя параллельными мировыми линями в пространстве-времени.

В квантовой теории поля смысл классического понятия "электрический заряд" почти совпадает с квантовым понятием "амплитуда вероятности испускания фотона", а также - с "амплитуда вероятности поглощения фотона" заряженной частицей. (Каждая из этих амплитуд вероятности равна заряду частицы $q,$ умноженному на постоянные множители, содержащие фундаментальные константы $c$ и $\hbar,$ но их для краткости не будем выписывать, будем следить за структурой выражений только в общих чертах.)

1) Один из принципов квантовой теории гласит (к формулировкам не придирайтесь, стараюсь кратко донести лишь основной смысл): цепочка событий (типа "И") описывается произведением амплитуд вероятности этих событий.

То есть, если заряд "1" испустил фотон, и фотон добрался до места расположения заряда "2", и этот второй заряд поглотил фотон, то такой цепочке событий сопоставляется амплитуда вероятности $q_1Dq_2,$ где $D$ - амплитуда вероятности распространения фотона от мировой точки $x_1$, в которой он испущен, к мировой точке $x_2$, в которой он поглощён; она зависит от пространственных и временных координат обеих мировых точек. (Обо всём этом интересно и доступно написано в книге Р. Фейнмана "КЭД - странная теория света и вещества").

Функцию $D$ называют пропагатором фотона, от слова propagate - распространяться. На диаграмме пропагатор фотона схематично изображается линией, соединяющей какую-нибудь точку $x_1$ на мировой линии заряда "1" с точкой $x_2$ на мировой линии заряда "2", хотя "распространение" фотона это вовсе не полёт материальной точки по траектории: пропагатор $D$ отличен от нуля в любых точках $x_1$ и $x_2,$ а не только на прямой линии, соединяющей $x_1$ с $x_2.$

2) Ещё один важнейший принцип квантовой теории гласит: альтернативным событиям (типа "ИЛИ") сопоставляется сумма их амплитуд вероятности.

Значит, раз фотон может испуститься или в одной, или в другой, или в третьей и т. д. мировой точке $x_1$ на линии "1", а поглотиться может или в одной, или в другой, или в тертьей и т. д. мировой точке $x_2$ на линии "2", то надо просуммировать $q_1Dq_2$ по пространственным и временным координатам $x_1$ и $x_2.$ Суммирование по непрерывному множеству точек $x_1$ и $x_2$ выполняется как дважды 4-кратное интегрирование в пространстве-времени. При более строгом рассказе надо учитывать, что заряды $q_1$ и $q_2$ распределены с некоторой плотностью заряда $\rho_1$ и $\rho_2$ внутри тел "1" и "2", и говорить об интегрировании выражения $\rho_1D\rho_2,$ но эти детали не изменяют структуру результата. Результат обозначим буквой $A:$

$A$ - амплитуда вероятности обмена одним фотоном между телами "1" и "2". У нас это результат суммирования амплитуд $q_1Dq_2$ по всем возможным мировым точкам испускания и поглощения фотона точечными зарядами $q_1$ и $q_2;$ оказывается, такой результат выглядит вот как:

$A=\frac{-it}{\hbar}\,q_1\frac{1}{r}q_2 \, ,$

где $t$ - сколь угодно большое время между начальным и конечным состоянием системы, т. е. - длина во времени мировых линий "1" и "2", $i$ - мнимая единица, $\hbar$ - постоянная Планка.

3) Но учтены ещё не все альтернативы. Если за всё время $t$ заряды ни разу не обменяются фотоном (на соответствующей этой ситуации диаграмме тогда не будет фотонной линии), то такой ситуации сопоставляется амплитуда вероятности $1.$ Если же заряды обменяются двумя фотонами, то это - цепочка типа "И": обменялись и одним и другим фотоном.

Такой цепочке событий сопоставляется произведение однофотонных амплитуд, делённое на два: $\frac{1}{2}AA.$ Почему надо делить $AA$ на два? Потому что фотоны неразличимы, а когда мы суммируем $q_1Dq_2$ по всем мировым точкам линий "1" и "2", получая $A,$ и ещё раз так же суммируем $q_1Dq_2$, получая вторую $A,$ то тем самым суммируем вклады диаграмм, отличающихся лишь перестановкой фотонных линий, - т. е. дважды суммируем амплитуды одних и тех же событий. Значит, чтобы избежать двойного учёта одних и тех же событий, надо результат разделить на количество перестановок фотонных линий.

Осознав это, понимаем, что вообще: обмен $n$ фотонами описывается амплитудой вероятности $\frac{1}{n!}A^n.$

Значит, с учётом обмена неопределённо большим количеством фотонов (т. е.: или ни одним, или одним, или двумя, или тремя, и т. д.), квантовая картина взаимодействия зарядов "1" и "2" описывается суммой бесконечного ряда амплитуд вероятности:

$1+A+\frac{1}{2!}A^2+\frac{1}{3!}A^3+... = e^{A}.$

4) Наконец, вспомним ещё один принцип квантовой теории: переход системы из начального состояния в конечное состояние в том случае, когда это одно и то же стационарное состояние, описывается амплитудой вероятности вида $e^{\frac{-it}{\hbar}E},$ где $E$ - энергия системы.

В нашем случае речь идёт об амплитуде перехода "фотонный вакуум в фотонный вакуум" (потому что ни в начальном, ни в конечном состоянии здесь нет реальных фотонов, статические заряды не создают электромагнитного излучения) "в присутствии статических источников" (т. е. покоящихся зарядов "1" и "2"). В этом случае энергия системы должна складываться из трёх слагаемых: $E=E_1+E_2+E_{\text{взаимод}},$ где $E_1$ и $E_2$ - собственная энергия зарядов "1" и "2", а третье слагаемое - энергия их взаимодействия друг с другом. Собственные энергии должны зависеть от $q_1$ и $q_2$ поотдельности, а в выражение для энергии взаимодействия заряды $q_1$ и $q_2$ должны входить одновременно. Экспонента с тремя слагаемыми в показателе разбивается на три сомножителя:

$e^{\frac{-it}{\hbar}E}=e^{\frac{-it}{\hbar}E_1}\, e^{\frac{-it}{\hbar}E_2}\, e^{\frac{-it}{\hbar}E_{\text{взаимод}}} \, .$

Понятно, что мы не вычислили собственную энергию зарядов: - мы же не учли события, в которых фотон испускается и поглощается одним и тем же зарядом. У нас $A$ зависит одновременно от $q_1$ и $q_2;$ значит, результат $e^{A}$ следует интерпретировать как $e^{\frac{-it}{\hbar}E_{\text{взаимод}}}:$

$e^{A}=e^{\frac{-it}{\hbar}E_{\text{взаимод}}} \, .$

Подставив сюда явное выражение для $A,$ выписанное выше, видим, что

$E_{\text{взаимод}}=q_1\dfrac{1}{r}q_2=\dfrac{q_1q_2}{r} \, .$

То есть из квантового рассмотрения взаимодействия зарядов через обмен виртуальными фотонами получилась классическая формула для энергии кулоновского взаимодействия зарядов.

Если $q_1$ и $q_2$ оба положительные или оба отрицательные, то $q_1q_2>0,$ и энергия взамодействия - положительная величина, возрастающая с уменьшением расстояния между зарядами $r$, что соответствует отталкиванию зарядов. Если $q_1$ и $q_2$ разноимённые, то $q_1q_2<0,$ и энергия взамодействия - отрицательная величина, убывающая с уменьшением расстояния между зарядами $r$, что соответствует притяжению зарядов.

Заодно поясню почему "не катит" классическая картинка расталкивания зарядов, перебрасывающихся "фотоном". В импульсном представлении пропагатор $D$ виртуального фотона с нулевой энергией и импульсом $\mathbf{p}$ зависит от импульса как $1/|\mathbf{p}|^2,$ а в координатном представлении этой зависимости соответствует её фурье-образ $D(r)$ - он ведёт себя как $1/r,$ т. е. нигде на конечных расстояниях $r$ от заряда не обращается в ноль.

Это значит, что амплитуда вероятности поглотить вторым зарядом фотон, испущенный с тем или иным импульсом $\mathbf{p}$ первым зарядом, отлична от нуля всюду на конечных расстояниях. Например, допустим, первый заряд испустил фотон с импульсом $\mathbf{p},$ направленным прочь от второго заряда. Но виртуальный фотон не летит по определённой траектории как классическая пулька, мимо цели, а возьмёт да и обнаружится вторым зарядом именно в том месте где этот второй заряд находится; вот и получается, что второй заряд может поглотить импульс с любым направлением, а не только тот, который в него нацелен и отталкивает от первого заряда.

Т. е. важно, что квантовая частица с определённым импульсом не имеет определённых координат, а может обнаружиться в любом месте пространства. А знаки зарядов $q_1$ и $q_2$ играют роль фазовых множителей у квантовых амплитуд вероятности испустить/поглотить фотон. Важно, что в итоговой картине участвуют все альтенативы - с неопределённо большим числом виртуальных фотонов; при суммировании амплитуд этих альтернатив, фазовые множители слагаемых попадают в показатель итоговой экспоненты, так что знаки зарядов в итоге определяют знак энергии взаимодействия. (Классическая же картинка, в которой заряды перебрасываются "фотоном" как мячиком, не может воспроизвести этот результат. Другими словами: понятие "электрическое поле" не сводится к обычной механике.)

[Munin]

Вот мой пост на Physics.SE в ответ на вопрос "How do charged particles interact?"

http://physics.stackexchange.com/questions/132833/how-do-charged-particles-interact/132912#132912:

Цитата:

The most important thing to settle beforehand is that the picture of interaction by exchanging virtual particles assumes essentially quantum arrangement. That means some different way of thinking about reality and processes. I advice the popular book
Feynman. QED, The Strange Theory of Light and Matter
that explains it the best way. Here I tell very roughly the most important points.

In classical physics you can think that processes proceed as they are described as the time goes by. In quantum physics, you think by the following pattern ¹:

1. You imagine the process as a whole, from its initial state to its final state.
2. For this process as a whole, you calculate a complex number called the probability amplitude (it is just a word, don't think of its sense). In the Feynman's book it is called 'arrow' for simplicity.
3. You imagine all other possible processes that give exactly the same final state. For them you repeat steps 1 and 2. Sometimes you can skip very complicated processes because they give very small numbers.
4. You add all probability amplitudes, and only after that you decide, whether the process has taken place at all.

For the interaction by the exchange of virtual particles, this means that the absorber has the same importance as the emitter. It is the presence of the absorber "in the right place and time" that makes the whole process possible at all.

Added later: Also for the words emitting and absorbing, they are used in some figurative sense, since the virtual photons are emitted and absorbed within the bounds of a single quantum process, and cannot reach some detector, for example. Also, the temporal order of interactions can switch depending on the viewpoint, so the roles of the emitter and the ovserver can switch as well. More about that in Feynman's.

Now we are ready to go through your questions.



Цитата:

What determines the energy and direction of the emitted photon?


The positions and velocities of both the emitter and the absorber. After some perplexed 4-dimensional algebra, that comes down to the usual Coulomb and Biot-Savart laws.

Notice that for two static charges the energy of the photon would be 0! Such photons would transfer only momentum, until at least one of charges would gain some speed. That corresponds to the fact that the Coulomb force does not produce power if the charge does not move.



Цитата:

How often can a particle emit a photon?


As often as it needed to make the interaction of needed strength, for given emitter and absorber.



Цитата:

How often can a particle absorb a photon?


As often as it needed to make the interaction of needed strength, for given emitter and absorber.

These two questions lead to the question "how often two particles actually exchange photons?" That is calculated by the value of action of the whole process (which you have considered on the step 1). Very roughly, you can take the energy of interaction $E$, the interval of time $\Delta t$, and then the action per that time would be $S=E\,\Delta t$. This action can be attibuted (very roughly) to the interchange of $n$ photons where $S=2\pi\hbar n=hn$ and $2\pi\hbar=h$ is the Plank's constant.

You see that the closer charges are, the more photons they exchange, and as the time goes by, more and more photons run between them. For macroscopic charges and distances, the number of photons would be very large, so the interaction feels smooth as the classical physics tells. For elementary particles flying by, it is not unusual to exchange only one photon (or none at all), which is one of the most interesting processes for the particle physics.



Цитата:

Can one particle emit and absorb multiple photons at once?


In the Quantum Electrodynamics (QED), no. In some other interactions, it is sometimes possible, for example, one gluon (which is charged with color charge) can emit two other gluons at once.



Цитата:

Where does the energy to emit a photon come from?


From the energy of the charged particle. But remember, the energy of a photon can be 0 (see above). So it is not needed to have some spare energy to take part in interactions. And sometimes the charged particle can get energy, if the other charged particle gives it.



Цитата:

Is the destination of the photon somehow pre-determined or is the photon simply emitted in the hopes of being absorbed?


The destination is determined: it is the absorber. But it is not pre-determined in some temporal sense, because the quantum process happens as a whole, and not by some consequtive stages. Just when the absorber happens to be there to catch the photon, it is emitted.

If the absorber does not happen to be there, actually the photons are emitted anyway. But that is a very special case: all these photons go back to emitter. They do not take any energy or momentum, and their very existence would be unobservable, but they show themselves in some subtler phenomena, being known as radiative corrections.

----------------
¹ It is important to note that quantum physics can be represented in several ways mathematically equivalent. Here I tell only the Feynman Path Integral picture, which is the most natural for the story about virtual particles. But some explanations would sound wrong and would turn on the different side, if one would start with Schrodinger picture, for example.

----------------

rockclimber в сообщении #1104329 писал(а):

Мой перевод.

Главная вещь, о которой важно сказать сразу: картина взаимодействия путем обмена виртуальной частицей предполагает квантовый способ рассуждений. Это означает другой способ думать о реальности и процессах. Я советую книгу
Фейнмана "КЭД, странная теория света и вещества",
которая объясняет это лучше всего. Здесь я грубо перескажу основные пункты.

В классической физике вы можете считать, что процессы протекают так, как они описаны - протекающими со временем. В квантовой физике, вы рассуждаете по следующему шаблону:

(нужно заметить, что квантовая физика может быть представлена несколькими математически эквивалентными способами. Здесь я расскажу только о Фейнмановских интегралах по путям, которые выглядят в случае с виртуальными частицами более естественно. Но некоторые объяснения могут звучать неправильно и уводить в сторону, если начать с картины Шредингера, например)

1. Вы представляете весь процесс в целом, от его начального состояния до конечного.
2. Для этого процесса как целого, вы вычисляете комплексное число, которое называется амплитуда вероятности (это просто слово, не думайте о его значении). В книге Фейнмана это называется "стрелка" для простоты.
3. Вы представляете все возможные процессы, которые дают точно такое же конечное состояние. Для каждого из них вы повторяете шаги 1 и 2. Иногда вы можете пропустить очень сложные процессы, потому что они дают очень маленькие числа.
4. Вы складываете все амплитуды вероятности, и только после этого решаете, что имел ли вообще место этот процесс.

Для взаимодействия с помощью виртуальной частицы это значит, что поглотившая частица так же важна, как испустившая. Именно наличие поглотителя в нужное время в нужном месте - это то, что делает весь процесс возможным.

Добавлено позже: Что касается слов испускание и поглощение, то они используются в несколько переносном смысле, так как виртуальные фотоны испускаются и поглощаются в рамках единого квантового процесса, и не могут быть пойманы никаким детектором, например. Также, временная последовательность взаимодействий может меняться в зависимости от системы отсчета, так что роли излучателя и приемника могут меняться местами. Подробнее см. в книге Фейнмана.

Теперь мы готовы перейти к вопросам.

Вопрос: что определяет энергию и направление испускания фотона?

Ответ: положения и скорости излучателя и поглотителя. После несколько запутанных вычислений с помощью 4-мерной алгебры это сводится просто к законам Кулона и Био-Савара. Обратите внимание, что для двух статичных зарядов энергия фотона будет равна нулю! Такие фотоны переносят только импульс, по крайней мере пока хотя бы один из зарядов не начнет двигаться. Это соответствует тому факту, что кулоновская сила не производит работу, если заряд покоится.

Вопрос: (1) Как часто частица может испускать фотон?

Ответ: (1) так часто, как это нужно для взаимодействия с требуемой силой, для данных излучателя и поглотителя.

Вопрос: (2) Как часто частица может поглощать фотон?

Ответ: (2) так часто, как это нужно для взаимодействия с требуемой силой, для данных излучателя и поглотителя.

Эти два вопроса ведут к вопросу "как часто на самом деле частицы обмениваются фотонами"? Это вычисляется с помощью значения "действия" (это название физической величины) всего процесса (который вы рассмотрели на шаге 1). Очень грубо, вы можете взять энергию взаимодействия $E$, интервал времени $\Delta t$, и действие за это время будет $S=E\,\Delta t$. Это действие может соответствовать (грубо) взаимодействию $n$ фотонов, где $S=2\pi\hbar n=hn,$ а величина $2\pi\hbar=h$ - постоянная Планка.

Вы видите, что чем ближе заряды, тем большим числом фотонов они обмениваются, и с течением времени все больше и больше фотонов пробегают между ними. Для макроскопических зарядов и расстояний количество фотонов будет очень большим, так что взаимодействие выглядит плавным, как говорит классическая физика. Элементарные частицы, пролетающие мимо, могут обменяться всего одним фотоном (или вообще не обмениваться), что является одним из наиболее интересных процессов в физике частиц.

Вопрос: может одна частица испустить или поглотить за раз несколько фотонов?

Ответ: в квантовой электродинамике - нет. В других видах взаимодействий это иногда возможно, например, один глюон (с цветовым зарядом) может испустить два других глюона за раз.

Вопрос: откуда берется энергия для излучения фотона?

Ответ: из энергии заряженной частицы. Но помните, что энергия фотона может быть 0 (см. выше). Поэтому нет необходимости иметь лишнюю энергию, чтобы принимать участие во взаимодействиях. Иногда заряженная частица может получить энергию, если другая заряженная частица дает ее.

Вопрос: пункт назначения фотона как-то задан заранее или фотон просто испускается в надежде на поглощение?

Ответ: пункт назначения задан: это поглощающая частица. Но он не задан как-то заранее во временном смысле, потому что квантовый процесс происходит целиком, а не в несколько последовательных стадий. Фотон испускается, только когда поглотитель присутствует здесь и готов его поймать. Если поглотителя нет, фотоны на самом деле все равно испускаются. Но это особый случай: все эти фотоны возвращаются к излучателю. Они не требуют затрат энергии и импульса, и само их существование было бы ненаблюдаемым, но они демонстрируют себя в некоторых малозаметных явлениях, известных как радиационные поправки.

[contrentrop]

Cos(x-pi/2) в сообщении #1233757 писал(а):

Например, допустим, первый заряд испустил фотон с импульсом $\mathbf{p},$ направленным прочь от второго заряда. Но виртуальный фотон не летит по определённой траектории как классическая пулька, мимо цели, а возьмёт да и обнаружится вторым зарядом именно в том месте где этот второй заряд находится; вот и получается, что второй заряд может поглотить импульс с любым направлением, а не только тот, который в него нацелен и отталкивает от первого заряда.

Цитата из известного произведения (не Вам (не оскорбляйтесь) - а так, для описания ситуации):
"Вы, профессор, воля ваша, что-то нескладное придумали! Оно, может, и умно, но больно непонятно. Над вами потешаться будут."

Кто это всё придумал? Как это доказывается? Неужели НИКОМУ не кажется, что кто-то, при построении таких теорий, что-то сильно «притягивает за уши»? Все прям так сразу с этим соглашаются?

[пианист]

Цитата:

не зря Иван Алексеевич покойный говаривал, что у Валерия Яковлевича голова похожа на чайник. Чайник и есть!