Современные представления о передаче взаимодействий

Открытие корпускулярно-волнового дуализма привело к уточнению полевого механизма взаимодействий и превращению его в квантово-полевой механизм.

Поскольку возмущение поля — волна — может одновременно рассматриваться как совокупность частиц — квантов поля, то
взаимодействие, переносимое полем, можно представлять
как процесс обмена квантами поля между взаимодействующими телами.

Например, по закону Кулона, два электрона должны отталкиваться друг от друга. С квантово-полевой точки зрения, отталкивание возникает в результате следующих процессов. Один из электронов излучает квант электромагнитного поля — фотон. Распространяясь со скоростью света, испущенный фотон достигает второго электрона и поглощается им. В согласии с принципом соответствия (п. 2.5.3), сила взаимодействия, рассчитанная по квантово-полевому механизму, на больших расстояниях подчиняется закону Кулона. На малых расстояниях квантовая теория предсказывает отклонения от закона Кулона, подтверждаемые экспериментально.

Кванты, которыми обмениваются взаимодействующие тела, представляют собой не вполне обычные, а виртуальные частицы. Виртуальные частицы отличаются от реальных тем, что обнаружить их во время существования невозможно. Об их существовании и свойствах можно судить только post factum[15], косвенно — например, по силе переносимого ими взаимодействия. Непосредственно же зарегистрировать виртуальный фотон, на­пример, по зрительному ощущению на сетчатке глаза, нельзя.

Проводя несколько рискованную аналогию, можно сказать, что разница между частицей реальной и виртуальной примерно та же, что между автомобилем и его чертежами. На чертежах, в отличие от «Жи­гу­лей», нельзя ездить, однако если у нас есть чертежи, то у нас есть больше, чем ничего. Достаточно приложить к ним материалы, инструменты и рабочие руки — и возникнет реальный автомобиль, причем именно тот, который описан в чертежах. Точно так же, чтобы перевести виртуальную частицу в число реальных, надо сообщить ей достаточное количество энергии. Продолжая аналогию, можно представить себе, что тщательное исследование готовых автомобилей за воротами завода способно дать достаточно полное представление о технологии их производства и, в частности, привести к заключению о применении конструкторами и технологами чертежей, выполняемых по определенным правилам. Таким же образом изучаются свойства виртуальных частиц — по тем последствиям, к которым приводит их движение и взаимодействия.

В заключение раздела еще раз подчеркнем, что описание механизма взаимодействия на языке обмена виртуальными частицами не исключает, а дополняет классическое описание на языке полей и волн.