Сколько виртуальных фотонов излучает покоящийся электрон мгновенно за время?

Вам может понадобиться более простое объяснение, в зависимости от уровня глубины, который вы ищете. Чтобы иметь возможность сказать, сколько фотонов испускается за раз, вам нужно уметь считать фотоны. Подсчет означает, что вы можете использовать формулу, которая говорит вам, сколько существует частиц. В КТП число частиц подсчитывается путем применения так называемого числового оператора к состоянию, описывающему частицу. Теперь состояния описывают внешние частицы; виртуальные частицы, о которых вы говорите, являются теоретическим понятием, и у них нет соответствующих состояний. Виртуальные частицы — это название концепции, восходящей к теории возмущений; у них нет соответствующего состояния. В результате вы не можете их сосчитать, потому что нет ничего, на что мог бы воздействовать оператор числа. Этот ответ замалчивает многие детали и предположения,

Во-первых, виртуальные фотоны не реальны, это математический метод описания (в вашем случае) стационарного электрического поля вокруг электрона.

Это поле существует вокруг электрона. Это то, что КМ/КТП пытается описать математически, потому что в терминах реальных частиц они не поддаются описанию.

Виртуальные фотоны не подчиняются некоторым законам, например, они не подчиняются ограничению скорости c.

Виртуальные фотоны — это способ описания взаимодействия между полем электрона (заряда) и полями других частиц, например полем протона (сильное силовое поле, поскольку протон состоит из кварков). Поле протона взаимодействует с полем электрона, обмениваясь виртуальными фотонами. Так притягиваются протоны и электроны.

Но именно это взаимодействие и обмен виртуальными фотонами смущают вас. Это не настоящий обмен частицами. Реальные частицы в этом случае не обмениваются.

Сейчас это взаимодействие описывается в математике как обмен виртуальными фотонами. Но мы не знаем, действительно ли происходит обмен чем-то между протоном и электроном.

Мы знаем, что протон и электрон взаимодействуют электромагнитно (и гравитационно тоже).

Это электромагнитное взаимодействие между протоном и электроном и есть то, что заставляет их притягиваться. Мы опишем это взаимодействие обменом виртуальными фотонами. Это не настоящие фотоны. Они вне массовой оболочки. Они не соблюдают ограничение скорости c.

Теперь вы спрашиваете, сколькими виртуальными фотонами обмениваются протон и электрон. Вы сбиты с толку, потому что узнали, что электромагнитная энергия квантуется. Наименьшая часть этой электромагнитной энергии — настоящий фотон. Не виртуальный фотон.

И протон, и электрон имеют вокруг себя постоянное электромагнитное поле. Ваш вопрос заключается в том, квантуется ли это статическое электромагнитное поле.

Теперь даже если вы попытаетесь измерить это статическое поле вокруг заряда, а затем разделить его на части и назвать их виртуальными фотонами, это будет нереально. На самом деле ни электрон, ни протон в данном случае ничего не излучают.

Статическое ЭМ поле вокруг зарядов создается не путем испускания реальных частиц. Мы не можем их сосчитать, потому что никакая реальная частица не испускается.

Что мы знаем, так это то, что статическое электромагнитное поле вокруг заряда чем-то похоже на гравитацию. Посмотрим, насколько похожи.

Теперь энергия стресса является источником гравитации. Это создает гравитационное поле вокруг массы. Сколько виртуальных гравитонов испускает Солнце мгновенно за время? Точно так же Солнце не излучает виртуальных гравитонов. Это всего лишь теоретический (и экспериментально еще не доказанный) способ описания гравитационного воздействия энергии-импульса (массы).

Так как же объяснить, что гравитация (энергия напряжения) взаимодействует с полями других частиц? Мы говорим, что гравитация искривляет пространство-время. Именно так мы описываем его вместо виртуальных гравитонов. Но реальность такова, что гравитация влияет на ткань пространства-времени, так что все, что взаимодействует с гравитационным полем, будет затронуто ею.

Точно так же, когда есть заряд, как электрон в вашем случае, и вокруг него есть статическое электромагнитное поле, все, что взаимодействует электромагнитным образом, будет затронуто им. Можем ли мы сказать, что ЭМ искривляет пространство-время? На самом деле мы делаем. Но это косвенно. Что мы можем сказать, так это то, что заряд влияет на ткань пространства-времени, и все, что взаимодействует с электромагнитным полем, будет затронуто им.

Так же, как энергия-импульс (или масса Солнца) в реальности не испускает виртуальных гравитонов, и мы не можем считать виртуальные гравитоны, точно так же мы говорим, что в реальности электрон в вашем случае не испускает виртуальные фотоны, и мы не может их сосчитать.

Итак, и электрон, и протон создают поле, воздействующее на ткань пространства-времени, и эти поля взаимодействуют друг с другом. Вот так они привлекают. Математически мы описываем их как обмен виртуальными фотонами. На самом деле никакой реальной частицей не обменивается.

ЭМ поле квантуется, но виртуальные фотоны не являются реальным квантованием статического ЭМ поля вокруг электрона и протона.

Отдельный электрон (или заряд) в пустом пространстве со своим кулоновским полем — это абстракция. Поле имеет смысл, если оно стоит в уравнении движения какого-то другого заряда, как внешнее поле (сила).

Обычно виртуальные фотоны связаны с так называемым ближним полем - это запаздывающее поле, которое не распространяется на бесконечность. Он затухает с расстоянием, как$1/R^2$. Он может создавать связанные состояния зарядов, если он притягателен. Отметим, что каждый заряд является источником своего собственного поля, внешнего для остальных зарядов.

Теперь это запаздывающее ближнее поле электрона можно разложить на гармоники с разными частотами, и эти гармоники можно назвать «виртуальными фотонами». Даже для кулоновского поля$\vec{E}(\vec{R})\propto 1/R^2$много виртуальных фотонов, все с нулевой частотой, но с разными волновыми векторами$\vec{k}$. Для равномерно движущегося электрона частоты не равны нулю из-за зависимости поля электрона от времени.