Немного предыстории помогает сформулировать этот вопрос. Сам вопрос в последнем предложении.
Для своей докторской диссертации Ричард Фейнман и его научный руководитель Джон Арчибальд Уилер разработали удивительно странный подход к объяснению электрон-электронных взаимодействий без использования поля. Их решение состояло в том, чтобы взять обычное запаздывающее волновое решение уравнений Максвелла и смешать его 50/50 с опережающим (обратным во времени) решением, которое до этого всегда отбрасывалось как «очевидно» нарушающее временную причинность. В серии статей они показали, что это не так, и что отскок электрона, когда он испускает фотон, может быть самосогласованно объяснен как результат опережающего фотона, движущегося назад во времени и сталкивающегося с электроном в то же самое время. момент, когда электрон излучает фотон, движущийся вперед во времени.
В то время как идеи диссертации Фейнмана глубоко повлияли на его последующее развитие КЭД, например, в интерпретации КЭД в обратном направлении электронов антиматерии (позитронов). Позже Фейнман в письме к Уиллеру лихо отказался (ну, знаменито для некоторых из нас) от специфической идеи парных фотонов, путешествующих вперед и назад во времени. Конкретной причиной, по которой Фейнман отказался от своей тезисной предпосылки, была поляризация вакуума, которую нельзя объяснить прямыми межэлектронными взаимодействиями. (Однако поляризация вакуума легко компенсируется КЭД.)
Меня всегда беспокоил отказ Фейнмана от оригинальной Фейнмановско-Уилеровской схемы запаздывающих/опережающих фотонов. Причина вот в чем: если бы их первоначальная идея была полностью неверна, вероятность с точки зрения корреляции информации, что идея, ведущая к точным предсказаниям того, как работает физика, должна была быть исчезающе малой. Вместо этого их странно произвольное сочетание 50/50 реальных волн и гипотетических волн, обращенных назад во времени, почтиработает вплоть до мельчайших масштабов длины, при которых поляризация вакуума становится значительной. Одна аналогия состоит в том, что схема Фейнмана/Уилера ведет себя как слегка нарушенная математическая симметрия, которая правильно описывает реальность почти во всем диапазоне явлений, к которым она применима, но затем нарушается на одном из экстремумов своего диапазона.
Наконец, мой вопрос заключается в следующем: существует ли четкое концептуальное объяснение, возможно, в КЭД-описании поляризации вакуума, например, того, почему фейнмановско-уилеровская запаздывающая/опережающая модель парных фотонов, путешествующих в двух направлениях во времени, дает точную модель реальность в целом, несмотря на то, что она неверна при применении на очень коротких дистанциях?
Приложение 2012-05-30
Если я правильно понял @RonMaimon — и я, конечно, до сих пор не полностью понимаю часть его ответа, касающуюся S-матрицы, — его центральный ответ на мой вопрос одновременно прост и весьма удовлетворительен: Фейнман не отказался от схемы «назад-вперед ». вообще, а вместо этого отказался от экспериментально неверной идеи о том, что электрон не может взаимодействовать сам с собой. Таким образом, его возражение Уилеру, возможно, можно было бы перефразировать в более оптимистичной форме примерно так: «Вакуумная поляризация показывает, что электрон действительно взаимодействует сам с собой, так что я ошибался в этом. Идея времени действительно работает очень хорошо — я получил за нее Нобелевскую премию — так что спасибо, что указали мне в этом направлении!»
Ответ Рону и моя благодарность.
Основная важная идея теории Фейнмана-Уилера заключается в использовании некаузальных пропагаторов, которые могут перемещаться вперед и назад во времени. Это не имеет смысла в гамильтоновой структуре, поскольку бизнес, отстающий во времени, требует формализма, который не является жестким переходом от временного шага к временному шагу. Как только вы откажетесь от гамильтониана, вы также можете потребовать, чтобы формализм был явно релятивистски инвариантным. Это привело Фейнмана к формализму Лагранжа и интегралу по траекториям.
Единственная причина, по которой идея Фейнмана-Уилера не работает, заключается просто в произвольной идее о том, что электрон не действует сам на себя , а это глупо. Почему электрон не может излучать, а затем поглощать один и тот же фотон? Запрет на это смехотворен и создает бессмыслицу. Вот почему Фейнман говорит, что отказывается от этой теории. Но мотивирующей идеей было избавиться от классической бесконечности, запретив само-взаимодействие. Но результат оказался гораздо глубже мотивирующей идеи.
Фейнман никогда не отказывается от некаузального пропагатора, это важно для картины инвариантной частицы, которую он создает позже. Но позже он создает аналогичный акаузальный пропагатор для электронов и выясняет, как соединить квантовые электроны с фотонами без явного использования локальных полей, помимо получения правильного классического предела. Это большое достижение, поскольку он, по сути, выводит КЭД из требования релятивистской инвариантности, унитарности, спина фотона и электрона, а также калибровочной инвариантности/минимальной связи (то, что мы сегодня назвали бы требованием перенормируемости). ). Эти аргументы были упрощены и расширены с тех пор, как Вейберг вывел квантовую теорию поля из унитарности, релятивистской инвариантности плюс постулат о небольшом числе фундаментальных частиц с заданным спином <1.
В полном современном формализме Фейнмана пропагаторы по-прежнему движутся вперед и назад во времени точно так же, как фотон в Уилер-Фейнмане, античастица движется назад, а частица вперед (фотон является своей собственной античастицей). Первоначальная мотивация этих открытий немного затушевывается Фейнманом, они происходят из-за того, что Уилер сосредоточил внимание на S-матрице как на правильной физической наблюдаемой. Уилер открыл S-матрицу в 1938 году и всегда делал упор на вычисления, основанные на S-матрице. Фейнман никогда не был так увлечен S-матрицей и стал сторонником локальных полей в стиле Швингера, как только понял, что картина частицы и поля дополняют друг друга. Он чувствовал, что сосредоточенность на S-матрице заставляет его работать намного усерднее, чем нужно.
Таким образом, единственная часть теории Уилера-Фейнмана, от которой отказался Фейнман, — это идея о том, что частицы не взаимодействуют друг с другом. В остальном формализм Фейнмана для КЭД в значительной степени математически идентичен формализму Уилера-Фейнмана для классической электродинамики, за исключением того, что он значительно расширен и правильно квантован. Если бы Фейнман не начал с распространения назад во времени, неясно, что остальное было бы так легко сформулировать. Математическая возня с некаузальными распространителями действительно привела к необходимому прорыву.
Следует отметить, что такие же некаузальные пропагаторы были и у Швингера, которые он явно параметризовал собственным временем частицы. Он пришел к ней другим путем, с местных полей. Однако оба они были захвачены Штюкельбергом, который был истинным отцом современных методов и которым пренебрегали без уважительной причины. Штюкельберг также работал с местными полями. Только Фейнман, вслед за Уилером, вывел это по существу из чистой S-матричной картины, и эквивалентность результата локальным полям убедила его и многих других, что S-матрица и локальные поля — это просто два дополнительных способа описания релятивистских квантовая физика.
Это неверно, как показывает теория струн. Существуют чистые теории S-матрицы, которые не эквивалентны локальным квантовым полям. Фейнман скептически относился к струнам, потому что они были S-матрицей, а ему не нравилась S-матрица, он таким образом обжегся ею.
Рисунок из мемуаров Фейнмана и Уиллера:
Первоначально Фейнман был заинтересован в создании теории ЭМ без бесконечности самовоздействия, но затем ему понадобился механизм для воспроизведения реакции излучения, потери энергии ускоряющегося электрона. Он думал, что соседний электрон может дать обратную реакцию для достижения эффекта, но его советник Уилер указал на проблемы с этой идеей (временная задержка, затухание и т. д.).
Однако Уилер предположил, что если принимать всерьез как опережающие, так и запаздывающие волновые решения уравнений Максвелла, то необходимо учитывать «присутствие во Вселенной почти бесконечного числа других объектов, содержащих электрический заряд, каждый из которых могут участвовать в великой симфонии поглощения и переизлучения сигналов, идущих как вперед, так и назад во времени». (Вы можете сказать, что это проза Уилера, верно?)
Так,
Я думаю, Уилер сказал бы, что «странно произвольно» включать только запаздывающие решения: поскольку опережающие волны также являются совершенно хорошими решениями уравнений, разделение 50/50 является естественным выбором.
[Я озадачен тем, что Уилер занимался теорией без полей (без электромагнитных степеней свободы), но при этом работал с уравнениями Максвелла. Фейнман, с другой стороны, упоминает в качестве мотивации только потерю бесконечных взаимодействий с самим собой.]
Раскольников
Хуанрга
Стефан Ролланден
PM 2Кольцо
Терри Боллинджер
Терри Боллинджер
Терри Боллинджер
PM 2Кольцо
PM 2Кольцо