양자 거품으로 구성,여기서 양자 변동은 크고 다양하며 가장 작은 규모에서 중요합니다. 자연의 본질적인 부분 인 양자 필드는 잘 정의되어 있지만 입자 나 파동이 어떻게 행동해야하는지에 대한 우리의 직관적 인 개념에 부합하지 않습니다. 우리가 인식하고 보는 우주는 우리 주변의 모든 곳에서 실제로 근본적인 수준에서 존재하는 것을 대표하지 않습니다. 연속적이고 단단한 물체 대신 물질은 빈 공간을 가로 질러 작용하는 보이지 않는 힘을 통해 함께 유지되는 불가분의 양자 입자로 구성됩니다. 입자 자체와 힘은 모두 기본 구조로 설명 할 수 있습니다: 표준 모델의 모든 입자와 반 입자에 대해 우리가 알고있는 모든 것을 설명하는 양자 필드. 그러나 이러한 양자 필드는 진짜입니까? 그리고 그들은 우리에게 무엇을 말합니까? 즉,파트 레온 후원자 아론 와이즈가 알고 싶어 무엇,그는 묻는대로:
나는 양자 필드에 대한 게시물에 매우 관심이있을 것입니다. 그들은 일반적으로/보편적으로 실재하고 우리 우주의 가장 근본적인 측면 또는 단지 수학적 구성이라고 믿습니까? 나는 24 개의 기본 양자 필드가 있다는 것을 읽었습니다:페르미온을위한 12 개의 필드와 보손을위한 12 개의 필드. 그러나 원자,분자 등에 대한 양자 장에 대해서도 읽었습니다. 어떻게 작동합니까? 이 24 개의 필드와 그 상호 작용에서 모든 것이 나타 납니까?
양자장이 실제로 무엇인지 시작합시다.
수행자 필드는 점과 같은 쿼크와 글루온으로 만들어졌지만 그 내부의 양자 힘과 필드의 상호 작용에서 발생하는 유한하고 실질적인 크기를 가지고 있음을 보여줍니다. 양성자 자체는 기본적이지 않은 복합 양자 입자입니다. 브룩헤이븐 국립연구소
물리학에서,한 분야는 일반적으로 우주의 어떤 성질이 우주 어디에나 있는지를 묘사한다. 그것은 크기가 있어야합니다:필드가 존재하는 양. 그것은 또는 그것과 관련된 방향을 가질 수있다; 일부 필드는 전기장과 같이,일부는 전압 필드와 같이 그렇지 않습니다. 우리가 가진 모든 것이 고전적인 분야 였을 때,우리는 그 분야에는 입자와 같은 어떤 종류의 근원이 있어야한다고 말했고,그 결과 모든 공간에 존재하는 분야가 생겼습니다.
그러나 양자 물리학에서는 자명 한 사실이 더 이상 사실이 아닙니다. 고전 물리학은 위치 및 운동량과 같은 양을 입자의 속성으로 정의하고 이러한 속성은 해당 필드를 생성하는 반면 양자 물리학은 다르게 취급합니다. 수량 대신 위치 및 운동량(다른 수량 중)이 이제 연산자가되어 사용자가 많이 들었던 모든 양자 이상 함을 도출 할 수 있습니다.
이론 물리학,뮤온 자기 모멘트는 다섯 루프 순서까지 계산되었습니다. 이론적 불확실성은 이제 20 억 분의 1 수준에 불과합니다. 이것은 양자장 이론의 맥락에서만 이루어질 수 있는 엄청난 성과이다. 2012 미국 물리 학회
전자와 같은 양은 더 이상 잘 정의 된 위치 나 운동량이 아니라 가능한 모든 위치와 모멘텀의 확률 분포를 설명하는 파동 기능을 가지고 있습니다.
당신은 전에이 말을 들었을 수도 있지만,그것이 실제로 무엇을 의미하는지 생각해 본 적이 있습니까?
그것은 전자가 전혀 입자가 아니라는 것을 의미합니다. “전자는 이 특정한 속도로 이 특정한 방향으로 움직입니다.”당신은 전자가 존재하는 공간의 전반적인 특성이 평균적으로 무엇인지 말할 수 있습니다.
위치와 운동량 사이의 관계. 하나가 더 정확하게 알려지면 다른 하나는 본질적으로 정확하게 알 수 없습니다. 위키미디어 공용 사용자 마셴
아주 입자처럼 들리지 않죠? 사실,그것은 더 많은 필드 같은 소리:사방 공간에서 우주의 일부 속성. 왜냐하면 양자 필드는 물질에 의해 생성되지 않기 때문입니다. 대신,우리가”물질”으로 해석하는 것은 그 자체로 양자 장입니다.
이러한 양자장 자체는 입자로 구성됩니다.
- 전자기장? 광자라고 불리는 입자로 만들어졌습니다.
- 양성자와 중성자를 함께 보유하고있는 강력한 핵장? 글루온이라는 입자로 구성되어 있습니다.
- 방사성 붕괴의 원인이되는 약한 핵장? 입자로 만든 보손.
- 심지어 중력장,우리가 시도하고 중력의 양자 버전을 공식화한다면? 중력이라고 불리는 입자로 만들어졌습니다.
예,리고가 감지 한 중력파조차도 나타난 것처럼 부드럽고 연속적인 중력파는 개별 양자 입자로 이루어져야합니다.
중력파의 편광에 의해 정의되는 상호 수직 방향으로 공간을 교대로 확장하고 압축합니다. 중력의 양자 이론에서 중력파 자체는 중력장의 개별 양자로 이루어져야합니다:중력자. 이러한 입자와 필드의 용어를 서로 바꿔서 사용할 수 있는 이유는 양자 필드 자체가 모든 것에 대한 모든 정보를 인코딩하기 때문이다. 입자와 반입자 전멸이 있습니까? 그것은 양자 장의 동등하고 반대되는 여기로 묘사됩니다. 입자의 입자-반 입자 쌍의 자발적인 생성을 설명하고 싶습니까? 그것은 또한 양자 장의 흥분 때문입니다.
하이젠베르크 불확실성의 결과로 매우 적은 시간 동안 입자/반입자 쌍이 양자 진공에서 튀어 나온다. 데릭 비. 라인베버
심지어 입자 자체는 전자와 마찬가지로 양자장의 흥분 상태에 불과합니다. 우주의 모든 입자는 우리가 이해하는 바와 같이 근본적인 양자 장의 파급,여기 또는 에너지 묶음입니다. 이것은 쿼크,글루온,힉스 보손 및 표준 모델의 다른 모든 입자에 대해서도 마찬가지입니다.
네 가지 힘 중 세 가지(중력 제외),발견 된 입자의 전체 집합 및 모든 상호 작용에 대해. 우리가 지구에 건설 할 수있는 충돌기로 발견 할 수있는 추가 입자 및/또는 상호 작용이 있는지 여부는 논쟁의 여지가있는 주제이지만 알려진 에너지 경계를지나 탐구하는 경우에만 답을 알 수 있습니다. 현대 물리 교육 프로젝트
그렇다면 얼마나 많은 기본 양자 필드가 있습니까? 글쎄,그것은 당신이 이론을 어떻게 보느냐에 달려 있습니다. 전자기장과 전자 필드:우리의 현실,줄리안 슈윙거,토모나가 신이치로,리처드 파인만의 양자 전기 역학을 설명하는 가장 간단한 큐피트에서 두 개의 양자 필드가 있습니다. 그들은 상호 작용;그들은 에너지와 운동량 및 각운동량을 전송;흥분이 생성되고 파괴된다. 가능한 모든 여기에는도 가능한 역 여기가있다.이 이론이 양전자(전자의 반물질 대응 물)의 존재를 암시하는 이유입니다. 또한,광자는 전자기장의 입자 등가물로도 존재한다.
우리가 이해하는 모든 힘,즉 중력을 포함하지 않는 힘을 취하여 그것들의 큐피트 버전을 기록 할 때,우리는 표준 모델의 예측에 도달한다.
모델은 이제 모두 직접 감지되었으며,마지막 홀드 아웃 인 힉스 보손은 이번 10 년 초 엘 릭스 보손에서 떨어졌습니다. 이 모든 입자들은 엘엑씨 에너지에서 생성될 수 있으며,입자의 질량은 그것들을 완전히 설명하는 데 절대적으로 필요한 기본 상수로 이어집니다. 이 입자들은 표준 모델의 기초가되는 양자 장 이론의 물리학에 의해 잘 설명 될 수 있습니다. 시겔/은하의 너머
이것은 12 개의 페르미온 필드와 12 개의 보손 필드의 아이디어가 나온 곳입니다. 이 필드는 알려진 우주 전체를 설명하는 기본 이론(표준 모델)의 흥분이며 다음을 포함합니다:
- 6 개의(위,아래,이상한,매력,아래,위)쿼크와 그들의 안티 쿼크 대응 물,
- 3 개의 충전 된(전자,뮤온,타우)및 3 개의 중성(전자 중성미자,뮤온 중성미자,타우 중성미자)렙톤,그리고 그들의 반물질 대응 물,
- 8 개의 글루온(8 개의 가능한 색상 조합 때문에),
- 하나의 전자기(광자)보손,
- 힉스 보손.
쿼크와 렙톤은 페르미온이다. 이것은”24 필드”아이디어가 나오는 곳입니다.
다양한 양자 상태. 세 개의 양자 수가 많은 것을 설명 할 수 있지만,주기율표와 각 원자에 대한 궤도의 전자 수를 설명하기 위해’스핀’을 추가해야합니다. 위키미디어 공용
그렇다면 양성자,원자,분자 등과 같은 복잡한 시스템은 어떨까요? 24 개의 필드가 실제로 우리의 물리적 현실을 설명하는 기본 큐피트의 흥분 인 것처럼,이러한 복잡한 시스템은 이러한 필드의 단순한 조합이 안정적 또는 준 안정적 결합 상태로 결합 된 것 이상입니다.
대신 전체 우주를 모든 물리학을 포함하는 복잡한 양자 장으로 보는 것이 더 정확합니다. 양자 필드는 우리의 이론이 허용 할 수있는 모든 방식으로 상호 작용하는 임의로 많은 수의 입자를 설명 할 수 있습니다. 그리고 그들은 빈 공간의 일부 진공 상태에서이 작업을 수행,하지만 그리 빈 공간의 배경 속에서,이는 큐피트의 규칙에 의해 재생,너무.
양자 진공에서 가상 입자를 보여주는 계산. (특히,강한 상호 작용을 위해.)빈 공간에서도 이 진공 에너지는 0 이 아닙니다. 데릭 레인 웨버
입자,반입자,그리고 필드의 모든 종류의 흥분은 끊임없이 생성되고 파괴되고 있습니다. 현실은 부드럽고 연속적이며 잘 정의 된 우주에 대한 우리의 고전적인 그림과 근본적으로 다릅니다. 이 양자 장들이 수학적 구성으로 시작된 것은 사실이지만,우리가 만든 다른 이론보다 우리의 물리적,관찰 가능한 현실을 더 정확하게 묘사합니다. 그들은 우리가 표준 모델의 양자를 포함하는 모든 실험의 결과가 얻을 것입니다 무엇에 대한 믿을 수 없을만큼 정확한 예측을 할 수 있습니다:그들을 테스트 할 수있을만큼 민감한 모든 실험에 의해 부담 된 예측.
우주는 직관적인 장소가 아닐 수도 있지만,어떤 물리적 이론이 스스로를 현실의 반영이라고 부를 수 있는 한,우주는 그 힘의 측면에서 동등하지 않다. 물리학이 실험 과학으로 남아있는 한,이것은 후보 이론이 대체해야하는 표준이 될 것입니다.
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