Терминологическая путаница - "частица"

Люди, утверждающие, что существуют только поля частиц, приведенные в таблице частиц элементарных частиц , а частицы являются эмерджентным явлением, являются платониками . Т.е. они считают, что математические функции существуют как формы, и природа заполняет форму соответствующим поведением. Обычно это физики-теоретики.

Физики-экспериментаторы придерживаются убеждений, что Природа существует, а математика — это инструмент, позволяющий моделировать природу, описывать ее и предсказывать поведение в будущем, но на данный момент нет окончательной теории или точки зрения.

Еще когда я учился в аспирантуре в 1961 году, я изучал теорию поля в курсе ядерной физики, с операторами рождения и уничтожения, работающими с ядрами (большую часть материала я забыл), и физики-ядерщики все еще работают над этим. . Таким образом, я рассматриваю теорию поля как прекрасное вычислительное средство для систем многих частиц, но для меня, как для физика-экспериментатора, частицы существуют.

Путаница исчезнет, ​​если определить, что такое частица в классической физике, как название пошло к космическим лучам, а физика элементарных частиц стала термином и что такое квантовая теория поля.

Частица в классической механике может быть кинематически описана ее массой, а движение ее системы центра масс является уникальной и специфической траекторией и характеризует ее движение. Точка удара классической частицы — это конкретный (x, y, z) момент времени t. Мяч ударяется о стену в точке.

Посмотрите на это изображение пузырьковой камеры и скажите мне, что это не частицы, как это определено в классической физике, вращающиеся в магнитном поле перпендикулярно плоскости изображения:

Для математического моделирования распадов и их углового распределения необходимо использовать квантово-механическую структуру с ее инструментами полевых теоретических расчетов, и было бы банально утверждать, что эти распределения являются вероятностными, подчиняющимися квантово-механическим правилам.

Таким образом, в зависимости от граничных условий пион, например, демонстрирует классическую идентичность частицы, а в точке распада он демонстрирует свою квантово-механическую природу, которая требует описания всего фона квантовой механики и сделанных предсказуемых утверждений.

Это действительно дуализм «волна-частица», который показан на этой простой картинке, где «волна» заменена «квантовой теорией поля».

Если эксперименты в будущем подтвердят «Теорию всего» , я был бы готов принять платоническую идею, потому что это означает, что любое измерение будет предсказуемо с помощью TOE. Но так как каждое поколение физиков думает , что они решили все вопросы физики и остались только инженерные проблемы , то , скорее всего, платоники впадают в гордыню, полагая, что мы подошли к концу наших наблюдений за природой и нам не нужны новые или даже радикальные математические инструменты для описания Это.

Современная точка зрения состоит в том, что частиц нет, есть только поля. Однако возбуждения этих полей ведут себя как частицы, и вы можете интерпретировать многие состояния в данной теории поля в картине частиц, рассматривая их как частицы. В этом нет ничего изначально неправильного, если вы знаете лежащую в основе физику.

Насколько я могу судить, кроме того факта, что когда мы обнаруживаем возбуждения поля, они ведут себя как частицы, причина, по которой мы называем ее «физикой элементарных частиц», заключается в том, что ее легче сказать и объяснить, и она хорошо согласуется со старой терминологией, которая Это неверно для экспериментов, которые проводит большинство людей.

В настоящее время у меня возникают проблемы с попыткой придумать имя, которое было бы более технически точным, но не слишком длинным и сложным. «Полевая физика» не сработает, потому что поля — это слишком общее понятие, и оно не часто затрагивает суть того, что делают люди; «физика возбуждения поля» — это всего лишь глоток, и в общем случае потребовалось бы слишком много объяснений. «Физика элементарных частиц» прямо затрагивает важные вопросы таким образом, что практикующие понимают и могут быть легко поняты, не получая действительно неправильного представления о том, что происходит.

Что ж, «современная точка зрения» в ответе @Jared Dziurgot разделяется не всеми. В равной степени можно сказать, что существуют только частицы, а поля — просто полезные математические инструменты для их описания. Например, одним из известных пропагандистов этой точки зрения является Нима Аркани-Хамед . Он любит говорить:

"частицы физичны, поля - нет - просто спросите своих коллег-экспериментаторов, что они измеряют..."

Это также относится к ответу @Darkseid. Магнитные и электрические поля, которые мы измеряем, состоят из множества частиц, если мы присмотримся повнимательнее.

Это онтологический вопрос. Разные люди могут выражать разные точки зрения на предмет. Есть доля правды в том, что и частицы, и поле являются фундаментальными.

В некотором смысле все наши эксперименты связаны с частицами. Мы ускоряем и сталкиваем адроны, лептоны и вообще интересуемся частицами, которые они производят. Если смотреть с этой стороны - можно сказать, что поля - это просто удобный инструмент для описания этого.

С другой стороны, магнитные и электрические поля поддаются наблюдению (например, через следы частиц в камере Вильсона). Это может свидетельствовать о том, что поля являются фундаментальными.

В целом оба взгляда верны, если вы знаете, как они работают, исходя из основополагающих принципов.

Понятие «частица» исходит из нашей потребности объяснить природу в терминах, которые мы можем понять. Это не обязательно означает, что существует такая вещь, как частица. Это просто означает, что мы можем наблюдать определенные явления, и нам удобно говорить, что они соответствуют частице.

Какое бы определение вы ни хотели использовать, оно всегда должно зависеть от контекста, в котором вы его используете. И именно здесь оно действительно. Понятие частицы очень полезно в классической механике и некоторых аспектах квантовой механики. По мере того, как мы углубляемся в микроскопический мир, он теряет свою актуальность.

Текущее и лучшее описание этого субатомного мира, которое у нас есть, описывается квантовой теорией поля, а лежащие в его основе «строительные блоки» — это поля. Это другой контекст, чем классическая механика. Поля в квантовой теории поля создают явления, которые нам удобно называть созданными частицами, если мы хотим объяснить их, используя термины, с которыми мы более знакомы.

Таким образом, существование «частиц» действительно является онтологическим/эпистомологическим вопросом, и он не должен беспокоить физика. Оставьте это философам.

Стоит помнить, как указывали другие: «Все модели ошибочны, но некоторые из них полезны» . Выбор волновой или корпускулярной модели подходит именно сюда. Люди часто занимают очень специфическую позицию по такого рода вещам, когда медлят на публике, даже если они могут видеть некоторый смысл в альтернативах наедине.

Обсуждение Волны и Частицы имеет два разных аспекта.

Во-первых, это различие между Классикой и Квантом, и часто ставится именно этот случай. Классический ньютоновский подход в какой-то момент терпит неудачу, и тогда становится полезным более широкий метод. В этом случае различия делаются искусственно грубыми и преувеличенными, с использованием привлекающей внимание фразеологии, пытающейся выдавить любую мысль.

Во-вторых, это концепция корпускулярно-волнового дуализма , при которой существует математическая эквивалентность между двумя подходами. Обычно здесь обе стороны отказываются от какого-то якобы второстепенного фактора в своем подходе, который затем разрушает двойственность. Частица не имеет ширины. Волны не имеют центра. Большинство подходов к работе с волнами предполагают, что волна плоская и бесконечная, а значит, имеет бесконечную энергию (или ее существование пренебрежимо мало). Или он поляризован и сферичен (Мотт), следовательно, без полюсов.

Как только человек получает источник и направление волны, он получает «частицу». Точно так же, как «частицы» должны увеличиться в размерах, чтобы существовать в виде пушистых клубков. Тогда они квантово-реалистичны, в то время как представление о плоской волне/идеальном импульсе было нефизическим математическим идеалом.

Дополнительная информация заключается в том, что большая часть физики, по-видимому, пропустила разработки в области вейвлетов, которые предоставляют набор волновых функций «вейвлетов», которые имеют компактную поддержку своей конечной энергии и образуют полный набор основ для этих «частиц». В частности, « Дружественный путеводитель по вейвлетам » Джеральда Кайзера (математика) описывает, как они решают уравнение электромагнитных волн и уравнение Шредингера, откуда взялся принцип неопределенности (Фурье) и что Гейзеберг связал его с квантовой системой.

Ни простые волны, ни точечные частицы не являются хорошим представлением физической реальности.

Ключ к разрешению вашей путаницы — помнить, что СМ, КМ, КТП и т. д. — это всего лишь модели, цель которых — помочь нам понять наш мир. Кроме того, вы должны понимать, что каждая из этих моделей имеет свой собственный словарный запас, жаргон и выражения, которые используются для описания их теорий. Итак, если КТП хочет использовать «поля возбуждения» для чего-то, что СМ называет «частицами», это не должно вызвать у вас затруднений. Вам просто нужно выучить «жаргон» каждой модели, чтобы вы могли ее понять.