Фотон как переносчик электростатического взаимодействия

[irygaev]

Уважаемые форумчане, помогите разобраться!

Заранее прошу прощения за дилетантские вопрос, но что-то нигде не могу найти адекватный ответ.

Насколько я понимаю, две заряженные частицы (например, электроны/позитроны) обмениваются виртуальными фотонами, вследствие чего они начинают притягиваться или отталкиваться.

В связи с этим пара вопросов:
1. Где в фотоне переносится информация о том, надо отталкиваться или притягиваться? То есть о заряде источника.
2. В случае притяжения, каким образом соблюдается закон сохранения импульса при поглощении виртуального фотона? Ведь изменение импульса поглотившего электрона будет противоположно скорости фотона.

И бонус-вопрос:
3. Чем отличаются фотоны электрического поля от фотонов магнитного?

Заранее спасибо.

[Munin]

irygaev в сообщении #980043 писал(а):

1. Где в фотоне переносится информация о том, надо отталкиваться или притягиваться? То есть о заряде источника.

У фотона есть поляризация. У обычных оптических фотонов она направлена поперёк луча, различают вертикальную и горизонтальную поляризацию. У электростатического фотона она направлена несколько непривычно: вдоль оси времени. Положительный заряд испускает фотоны, поляризованные вперёд по времени, а отрицательный заряд - фотоны, поляризованные назад по времени. Когда фотон поглощается приёмником, он "сравнивает" свою поляризацию с зарядом приёмника, и тогда решает, передавать притяжение или отталкивание.

irygaev в сообщении #980043 писал(а):

2. В случае притяжения, каким образом соблюдается закон сохранения импульса при поглощении виртуального фотона? Ведь изменение импульса поглотившего электрона будет противоположно скорости фотона.

Импульс у виртуального фотона есть, а вот скорости нет. Поэтому нет и того закона классической механики, что импульс сонаправлен со скоростью.

Импульс, переданный виртуальным фотоном, выясняется только после того, как фотон встретится с приёмником. Тогда завершается квантовый процесс, и становится известно, передаёт ли фотон притяжение или отталкивание. Закон сохранения импульса выглядит таким образом:

$$\vec{p}_1+\vec{p}_2=(\vec{p}_1{}'-\Delta\vec{p}_1)+\vec{p}_2=\vec{p}_1{}'+\vec{p}_\gamma+\vec{p}_2=\vec{p}_1{}'+(\vec{p}_2+\Delta\vec{p}_2)=\vec{p}_1{}'+\vec{p}_2{}'.$$

irygaev в сообщении #980043 писал(а):

И бонус-вопрос:
3. Чем отличаются фотоны электрического поля от фотонов магнитного?

Опять же, поляризацией. У фотонов электростатического поля "электрическая поляризация вдоль оси времени", у фотонов магнитостатического - "магнитная поляризация вдоль оси времени". Всего бывает шесть поляризаций: $xt,yt,zt,xy,yz,zx$ - они отвечают трём возможным направлениям электрического поля и трём возможным направлениям магнитного. Из-за этого мы воспринимаем электромагнитное поле как два вектора (по три возможных направления на вектор). У гравитационного поля, например, возможно 40 поляризаций.

[irygaev]

Спасибо!

Если я правильно понимаю, поляризация - это направление колебаний. Верно? А колебания же - это всегда вперёд-назад. Как поляризация может быть только вперёд или только назад во времени?

Скорости у фотона нет из-за принципа неопределённости? Но ведь электромагнитное взаимодействие дальнодействующее, верно? Как виртуальные фотоны выживают на макроскопических расстояниях?

[aa_dav]

irygaev в сообщении #980205 писал(а):

Как виртуальные фотоны выживают на макроскопических расстояниях?

Меня скорее всего поправят, т.к. я не спец, но насколько из науч-попа помню собственно из-за принципа неопределенности виртуальные фотоны всё хуже и хуже "выживают" на дальних расстояниях и именно поэтому собственно взаимодействие с расстоянием убывает.

[irygaev]

О, знакомые все лица! ;)

Вроде бы убывает оно из-за того, что плотность фотонов на единицу площади/объёма с расстоянием убывает. Что согласуется как раз со знаменателем $r^2$ и трёхмерностью пространства.

[SergeyGubanov]

Munin в сообщении #980055 писал(а):

У гравитационного поля, например, возможно 40 поляризаций.

В четырёхмерии у тензора Римана не более 20 независимых компонент.

irygaev в сообщении #980205 писал(а):

Спасибо!

Да особо не за что, Munin пошутил.

[aa_dav]

irygaev в сообщении #980215 писал(а):

Вроде бы убывает оно из-за того, что плотность фотонов на единицу площади/объёма с расстоянием убывает. Что согласуется как раз со знаменателем $r^2$ и трёхмерностью пространства.

Да, лица знакомые. Врать не буду что помню точно и правильно, но помню что именно удивлялся этим виртуальным вещам как раз в связи с тем что интуитивные соображения классики про убывание действия с расстоянием из-за чисто геометрических соображений трёхмерия, то внезапно наткнулся на трактовку с позиций как раз того что отрицательная энергия не может существовать больше величины связанной с планковским временем и вытекал как ни странно тот же квадрат от расстояния. Но опять таки более чем возможно что ошибаюсь или не про то смутно вспомнил.

[Munin]

irygaev в сообщении #980205 писал(а):

Если я правильно понимаю, поляризация - это направление колебаний. Верно? А колебания же - это всегда вперёд-назад. Как поляризация может быть только вперёд или только назад во времени?

Можете считать, что электростатический фотон - это "навечно застывшее" колебание.

irygaev в сообщении #980205 писал(а):

Скорости у фотона нет из-за принципа неопределённости?

Сказать это - значит, ничего не сказать.

irygaev в сообщении #980205 писал(а):

Но ведь электромагнитное взаимодействие дальнодействующее, верно? Как виртуальные фотоны выживают на макроскопических расстояниях?

А в чём проблемы с "выживанием"?

aa_dav в сообщении #980209 писал(а):

Меня скорее всего поправят, т.к. я не спец, но насколько из науч-попа помню собственно из-за принципа неопределенности виртуальные фотоны всё хуже и хуже "выживают" на дальних расстояниях и именно поэтому собственно взаимодействие с расстоянием убывает.

irygaev в сообщении #980215 писал(а):

Вроде бы убывает оно из-за того, что плотность фотонов на единицу площади/объёма с расстоянием убывает. Что согласуется как раз со знаменателем $r^2$ и трёхмерностью пространства.

Это два разных способа сказать об одном и том же. Об одной и той же формуле.

-- 19.02.2015 16:27:20 --

SergeyGubanov в сообщении #980222 писал(а):

В четырёхмерии у тензора Римана не более 20 независимых компонент.

Я говорил не о нём, а о символах Кристоффеля.

SergeyGubanov в сообщении #980222 писал(а):

Да особо не за что, Munin пошутил.

В разделе "Помогите решить / разобраться" люди либо спрашивают, либо помогают. Если вы намерены не помогать, а мешать, - покиньте помещение.

[irygaev]

Munin в сообщении #980240 писал(а):

А в чём проблемы с "выживанием"?

Я полагал, что виртуальные частицы могут существовать очень недолго и соответственно улетать не очень далеко. В пределах неопределённости $\Delta{x}$ и $\Delta{t}$. Поэтому и скорость нельзя толком посчитать.

Но был неправ.

Цитата:

У полей с квантами-переносчиками, имеющими нулевую массу, таких как электромагнитное и гравитационное, время существования виртуальных частиц, а следовательно, и радиус действия, не ограничены ($\Delta{m}$ может быть сколь угодно близко к нулю).

Тогда непонятно, почему у них нет скорости?

[SergeyGubanov]

Munin в сообщении #980240 писал(а):

Я говорил не о нём, а о символах Кристоффеля.

Вас понесло.

[whiterussian]

Девочки, не ссорьтесь :)

[Munin]

irygaev в сообщении #980256 писал(а):

Я полагал, что виртуальные частицы могут существовать очень недолго и соответственно улетать не очень далеко.

В соответствии с моделью КТП, существуют виртуальные частицы, которые улетают по крайней мере на расстояния порядка размера галактики. Это "недалеко"? Решайте сами.

В физике не бывает "недолго и недалеко". В физике бывают количественные оценки.

На самом деле, существуют два весьма разных по поведению в этом смысле типа виртуальных частиц. Массивные и безмассовые. Конечно, отличаются они только количественно: если взять массивную частицу в пределе $m\to 0,$ то она станет безмассовой. Но типичные массы частиц лежат в масштабе величин МэВ и ГэВ. Околонулевых масс мы не имеем, кроме разве что нейтрино (но нейтринный обмен подавлен другими факторами). Итак, для безмассовой частицы статическое поле, которое ею создаётся, имеет масштаб

$$\dfrac{1}{r^2},$$

а для массивной -

$$\dfrac{e^{-mr}}{r^2}.$$

При этом, величина масштаба, задаваемая массой $m,$ оказывается микроскопической: для массы электрона (самая лёгкая из массивных обменных частиц) получаются масштабы межатомного расстояния в химических связях и молекулах, для массы пиона (самая лёгкая из сильновзаимодействующих частиц) - получаются масштабы межнуклонного расстояния в ядрах, для массы $W$ и $Z$-бозонов (самая тяжёлая из известных частиц, не считая бозона Хиггса) - получаются масштабы в 1000 раз меньше расстояния между кварками в протоне. На бо́льших расстояниях экспоненциальный множитель практически сводит взаимодействие к нулю - поэтому такой тип взаимодействия и называется короткодействующим. (Не путать с близкодействием и дальнодействием! Это другие понятия и концепции, и другие слова.)

irygaev в сообщении #980256 писал(а):

Цитата:

У полей с квантами-переносчиками, имеющими нулевую массу, таких как электромагнитное и гравитационное, время существования виртуальных частиц, а следовательно, и радиус действия, не ограничены ($\Delta{m}$ может быть сколь угодно близко к нулю).

Я не знаю, откуда вы взяли эту дурацкую цитату (источники цитирования, вообще-то, положено указывать), но это неправда. Время существования и радиус действия не взаимосвязаны (точнее, взаимосвязаны, но иначе и сложнее). Например, у полей с квантами-переносчиками, имеющими ненулевую массу, время существования виртуальных частиц тоже неограничено, а радиус действия ограничен. Слово "следовательно" в процитированном отрывке - враньё. И с другой стороны, у поля с квантами-переносчиками, имеющими нулевую массу, а именно у цветового (глюонного), масса нулевая, а радиус действия ограничен (время существования виртуальных частиц снова неограничено).

Не читайте подобного мусора.

irygaev в сообщении #980256 писал(а):

Тогда непонятно, почему у них нет скорости?

Потому что нет. Потому что скорость - это выдумка классической механики. А квантовые частицы - это волны. Для волн нельзя говорить о скорости, для волн приходится говорить о разных скоростях: фазовой и групповой, самое меньшее. И вообще, пользы от понятия скорости очень немного. Гораздо важнее понятия частоты и длины волны.

-- 20.02.2015 03:37:49 --

whiterussian
Я и не ссорюсь, я просто не буду смотреть, что там SergeyGubanov в игноре пишет. А irygaev, надеюсь, сам сориентируется, кого стоит слушать, а кого нет.