Все ли электромагнитные и оптические явления в конечном счете вызваны электронными процессами?

На странице Википедии для Gauge Theory упоминается, что

Квантовая электродинамика представляет собой абелеву калибровочную теорию с группой симметрии U(1) и имеет одно калибровочное поле, электромагнитный четырехпотенциал, где фотон является калибровочным бозоном.

Позже на той же странице Википедии дается подробное математическое объяснение электронного поля и «четырехвекторного потенциала электромагнитного поля».

Я студент колледжа, который прошел только курс классического электромагнетизма и уравнений Максвелла; Я не очень хорошо разбираюсь в квантовой теории поля и передовой физике.

Но я хочу понять «физическую интуицию», стоящую за этой точкой зрения калибровочной теории. Правильно ли я думаю, что:

  • Мы можем вывести всю классическую электродинамику (уравнения Максвелла) просто из U ( 1 ) симметрия электронного поля?
  • Мы можем вывести всю квантовую электродинамику (фотоны) просто путем квантования электромагнитного четырехпотенциала?
Что вы подразумеваете под «электронным процессом»? Вы имеете в виду процессы с участием электронов? Потому что, если вы имеете в виду «электромагнитный процесс», это делает ваш вопрос самостоятельным и излишним. Помните, что движущиеся заряды создают магнитное поле, которое квалифицируется как электромагнитное явление, а электроны — не единственные существующие заряженные частицы. Протоны в протонном пучке, например.
Привет и добро пожаловать в Physics SE! Я думаю, что этот вопрос было бы лучше разделить на две части — вопрос о том, что такое фотон, вполне мог бы стоять сам по себе.
@DKNguyen Определенно, уравнения Максвелла применимы как к протонам, так и к электронам. Но то, что я спрашиваю, является еще более фундаментальным: возникают ли сами уравнения Максвелла из U(1)-симметрии электронного поля? Итак, электроны взаимодействуют не только с электрическими и магнитными полями, но и само существование ЭМ полей обусловлено самими Электронными полями. Протоны также взаимодействуют с электромагнитными полями, но не существует такого понятия, как «протонное поле», ответственное за вдыхание огня в сами уравнения Максвелла!
В квантовой теории поля электромагнитное поле существует без необходимости существования поля электрона/позитрона.

Ответы (2)

Мы можем вывести всю классическую электродинамику (уравнения Максвелла) просто из U ( 1 ) симметрия электронного поля?

Электромагнетизм Максвелла не требует электронного поля, он может существовать независимо от электронов в вакууме или даже быть связан с другими полями (например, заряженными скалярными полями, гравитацией и т. д.). Выбор U ( 1 ) выбирает теорию Максвелла из более общего класса калибровочных теорий, называемых теориями Янга-Миллса, которые параметризуются группами/алгебрами Ли.

Мы можем вывести всю квантовую электродинамику (фотоны) просто путем квантования электромагнитного четырехпотенциала?

Да, квантовый электромагнетизм можно получить из классического электромагнетизма (уравнения Максвелла), применяя каноническое квантование. Есть дополнительные сложности из-за калибровочной инвариантности, вам понадобится теория квантования систем с ограничениями, чтобы последовательно квантовать теорию Максвелла. Но в конце концов вы получите квантовую теорию невзаимодействующих фотонов.

КЭД (квантовая электродинамика) — это немного неправильное название, потому что помимо поля Максвелла/фотонов, оно также включает в себя совершенно другое поле материи — поле Дирака, с частицами, называемыми электронами. Эти два поля/частицы взаимодействуют друг с другом определенным образом, что диктуется калибровочной симметрией. Таким образом, КЭД отличается от квантового электромагнетизма, который можно рассматривать как приближение к КЭД, применимое в ситуациях, когда полем электрона можно пренебречь.

Также отметим, что хотя почти во всех случаях квантовые теории получаются из классических теорий путем канонического квантования, эта процедура является эвристической и не имеет физического смысла. На самом деле существует только квантовая теория. Классическая теория — это просто приближение. Итак, чтобы действительно понять, что происходит, нужно постулировать квантовую теорию, а затем доказать, что классическая теория верна в определенном режиме, который соответствует установлению ℏ → 0 во всех математических выражениях.

Помимо электронов существуют и другие заряженные частицы, такие как протоны, пионы, W-бозоны. Все они могут способствовать электромагнитным явлениям.

Все ли электромагнитные и оптические явления в конечном счете вызваны электронными процессами?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v