如何理解量子力學中的交換力?

時間 2021-05-29 23:00:27

1樓:

已經有人說了"交換力"是啥,說交換玻色子的相互作用是"交換力"是不是給人一種硬點的感覺?

在高能物理實驗中,通常可以測量的物理量就是散射截面,因此相互我們希望理論能夠給出散射截面的表示式。通過LSZ約化公式,散射截面可以通過編時關聯函式進行計算。例如說兩個電子通過電磁場進行散射,散射振幅可以通過寫成關於編時乘積的乙個積分。

一般的想法就是通過路徑積分來計算這個編時乘積,所以說首先要看看這個系統的拉格朗日量有什麼形式。對於量子電動力學,其對應的拉氏量為:

其中就是 QED 的協變導數,這樣從這個拉式量中,很容易看出,除了自由電子和自由電磁場的項以外,還有乙個兩者的耦合項:。路徑積分的那一套理論告訴我們,編時乘積就像系綜平均,按照下式進行計算:

分子上那一項可以通過 Wick 定理展開給出各種各樣的費曼圖,也就是按照相互作用項的耦合常數的冪次進行展開得到的各個項;分母上那一項把分子上的展開式中的"真空泡泡"消除了。

這樣形式的耦合項,給出的費曼圖的頂點都是三線頂點:乙個光子線和一進一出的兩個電子線。回到最開始的問題,在QED 中兩電子的電磁相互作用可能給出的費曼圖包括但不限於下面的情況:

不嚴格的說,電子-電子相互作用就是交換虛光子的過程。所謂虛光子,就是它們不滿足在殼條件。

說這種說法不嚴格,是因為你很難說這叫交換光子,因為費曼圖的本質是微擾展開,按照上面所說的耦合項項進行"泰勒展開",那些圖其實都是展開時出現的各種各樣的交叉項,非要說它們有什麼非常確切的物理意義似乎並不是很有意義(這只是個人的不成熟看法)。此外,不是所有涉及電子-電磁場的相互作用都是"交換虛光子"的。例如最簡單的康普頓散射的最低階樹圖,中間的虛粒子就是乙個虛電子:

大概就是這樣。

2樓:melonsyk

我們無法判斷此時和彼時的兩個全同粒子有沒有通過量子散射交換位置。所以交換或不交換位置都是可能的,我們應考慮它們的疊加態。所以全同粒子無時無刻不在進行干涉,而交換力就是這兩種過程疊加干涉的效果。

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