Kuantum alan teorisi

Kuantum Alan Teorisi Klasik Birleşik Alan(KAT) Teorilerini,Özel Görekliliği(SRT) Kuantum Mekaniğini(KM)teorilerini tek bir teorik çerçeve altında toplayan bir üst teoridir (buna METATEORİ'diyebiliriz).

Aslında Kuantum Alan Teorisi,pek çok diğer teorinin aksine, teorinin ne olduğuna dair değişmez bir tanım içermemektedir. Yani biz, tümü kendi değerlerine ve sınırlarına sahip olan tamamen farklı birkaç açıklama ile formüle edebiliriz. Bu çeşitliliğin bir nedeni, Kuantum Alan Terosi'nin çok karmaşık bir şekilde,art arda büyümesidir. Diğer bir neden de, Kuantum Alan Teosinin yorumlanmasının özellikle belirsiz olması ve böylece seçenek yelpazesinin bile net olmamasıdır.

Yanda gördüğünüz animasyon, kelimenin tam anlamıyla boş bir alanın simülasyonunu göstermektedir. Boşluk:üzerinde ya da içinde hiçbir şey bulunmama durumudur. Yani bir alanın içerisinde Madde dolayısıyla enerji bulunmaması durumunda bizler bunu boşluk olarak tanımlayabiliriz. İşte Kuantum Alan teorisiburda olaya el atıyor ve diyorki bize Evrende boş bir alan yoktur'Yani boşluk diye birşeyin bize bulunmadığını ifade eder. Peki neye dayanarak yapar bunu? Heisenberg Belirsizlik İlkesine tâbi Heisenberg Belirsizlik İlkesibir kuantum alanının hiçbir zaman sabit duramayacağını anlamına gelir. İlkeUzay dediğimiz yapının durgun olmak bir köşede kalsın sürekli oluşan ve yok olan Anti Parçacıklardan oluştuğunu ve durmadan köpüren bir çorba gibi olduğunu belirtir.

Kuantum Alan Teorisi(KAT)sizlere bahs ettiğim gibi bir METATEORİdir yani birçok teorinin birleşmesi sonucu oluşmuştur Bu da Kuantum Alan Teorisi'nin kendi dışında bünyesinde barındırdığı Teoriler ile ilişkili olduğu anlamına gelmektedir. Dolayısıyla gücü ve kapsamı'da bu teoriler ile ilişkilidir Kuantum Alan Teorisi bu kapsamda fiziğin en güçlü teorilerinin içinde barındırmaktadır bu da Kuantum Alan Teorisini çok güçlü bir METATEORİ konumuna getirmektedir fakat açıklayıcı gücün nereye erişeceği veya artıp azalması gibi durumlar, ancak zaman içerisinde bu alt teorilerin gücü ve kapsamı değiştikçe belirlenecektir.

Göreli sistemlerin göreli olmayan sistemler gibi quantize edilememesinin yukarıda belirtilen nedeni; dikkate aldığımız sistem tek bir parçacıktan dahi oluşmuş olsa, eğer bu parçacık "göreli" hareket yapıyorsa, Einstein'in denkleminin, parçacık-antiparçacık çiftlerinin yaratılmasına izin vermesinden dolayı, bu sistemi tek parçacıktan oluşmuş gibi göz önüne alamamamızdan kaynaklanır. Hatta, parçacıkların enerjilerinin toplamı kadar enerji olmasa dahi, çokparçacık durumları pek çok halde ortaya çıkar; ikinci derece "perturbasyon" kuramındaki "intermediate" durumlarda olduğu gibi. Belirsizlik ilkesinin bir diğer ifadesi olan eşitsizliğini dikkate alarak, bu durumların çok kısa zaman aralıklarında ortaya çıktıklarını düşünebiliriz.

Çok parçacık kuramını (parçacık alan kuramını) kullanma zorunluluğumuzun daha az belirgin bir nedeni uzay-zamandaki bir noktadan bir diğer noktaya hareket yapan sistemin uyması gereken nedensellik ilkesidir.

Ancak, Maxwell'in teorisinin klasik alanlarının aksine, QFT deki alanlar genellikle durumların kuantum super pozisyonlarında var olur ve kuantum mekaniği yasalarına tabidir.

Alanlar üzerinde sürekli miktarları olduğundan, serbestlik derecesi etkin olarak sonsuz sayıda QFT sistemlerinin sağlanması, onları parçacıkların büyük sayılarla olan durumları da bulunmaktadır.

Fiziksel olarak anlamlı sonuçlar elde etmek için, bu QFT parametrelerinin yeniden normalizasyonu veya QCD olarak uzay zamanı ayrıklaştırma gibi teknikler, genellikle bu tür sonsuzlukların önlemek için kullanılır.

Bu parçacık sayımı / sayı, zaman içinde değişiklikle rölativistik dinamiklerinin önemli bir özelliği olabilir, sistemlerini tanımlamak için kuantum alan teorisi özellikle yararlıdır.

Yerçekimi alanı ve elektromanyetik alan doğada sonsuz bir yelpazesi olan iki temel alanlardır ve onların "parçacık benzeri" uyarımları gizleyen klasik düşük enerjili sınırı vardır.

Fotoelektrik etki ve Compton fotonun varlığını düşündürmektedir. Kuvvetle saçılma olsa da, dönüşümlü emisyon sadece nicemleme ile açıklanabilir; radyasyonun kuantum doğası daha kesin kanıtlar, antibunching etkisi gibi, modern kuantum optik içine alınır.

Temel kuvvetlerin kendisi kuantum alan teorisi gibi süper sicim teorisi gibi daha temel bir teori düşük enerjili etkin alan teorisi sınırı olduğu için ileri sürülmüştür.

QED, elektromanyetik alanın kuantum alan teorisi açıklamaya yaklaşık sanal elektron-pozitron çiftleri nedeniyle gerekli Maxwell denklemleri küçük doğrusal olmayan düzeltmeler, düşük enerjili limiti elektrodinamik Maxwell'in teorisini yeniden üretir.

Bir kuvvet aracı parçacık kavramı Pertürbasyon Teorisinden gelir''. Pertürbasyon'nun kelime anlamı(bozunum, bozulma sapmadır) ve bağlı durumlar gibi QFT, pertürbatif olmayan yaklaşımlar bağlamında anlam ifade etmemektedir.

Bu çaba Yang ve Mills’in çalışmaları ile 1950'lerde başladı, 1960'lar boyunca Martinus Veltman ile devam etti, 1970'lerde Gerard 't Hooft, Frank Wilczek, David Gross ve David Politzer çalışmalarıyla tamamlandı.

1975 yılında Kenneth G. Wilson tarafından kuantum alan teorisinda yeni ufuklar açan formüle edilen durum, 1970'lerde Michael Fisher ve Leo Kadanoff'un çalışmalarını içeriyordu.

Klasik alanlar tarafından açıklanan iki fiziksel olay Newton yerçekimi alanı g (x, t) ve elektrik ve manyetik alanlar E (x, t) ve B (x, t) tarafından açıklanan klasik elektromanyetizmadır.

Kuantum alan teorisi klasik alanda, uzay ve zaman içinde tanımlanmış bir fonksiyonu, aynı zamanda kuantum mekaniğinin gözlemlerini barındırmaktadır. Bu kuantum alandır.

En genel formülasyon da kuantum mekaniği, gözlenebilir ve fiziksel gözlemlenebilir miktarları ve durum uzay çalışma kapsamında sistemin olası durumlarını temsil ettiği soyut durum uzayında (Hilbert uzayı), üzerinde soyut operatörler (gözlenebilirlerin) olduğu bir teoridir.

Örneğin, tek bir kuantum mekanik parçacığın hareketi ile ilişkili temel gözlenebilirlerinin konum ve momentum operatörleri \ şapka {x} ve \ şapka {s} bulunmaktadır.

Erken kuantum alan teorisi tarihinin, bulunmuştur ki elektromanyetik alanın varlığı böyle bir elektronun enerjisinde tedirgeme kayması gibi görünüşte hesaplamalar olduğu, sonsuz sonuçlar verdiği görülmüştür.

Enerji geçiş için pertürbasyon teorisinin nedeni, diğer tüm enerji seviyeleri üzerinde bir miktar içerdiğini ve her bir farklı seride sonuçlanan sonlu bir katkı vermek, kısa mesafelerde ise birçok seviyeleri vardır.

Bu sorunların çoğu 19. yüzyılda tanımlanan ancak faili meçhul edilen klasik elektrodinamik arızalarla ilgili ve onların temelde bir elektronun sözde "içsel" özelliklerinin çoğunu elektromanyetik alana bağlı gerçeğinden kaynaklanıyor olmasıdır.

Küresel kaynağının alandaki enerjide, hem klasik ve hem kuantum mekaniğinin ayrıldığı, ancak Furry nin yardımıyla Weisskopf tarafından keşfedilen, kuantum mekaniğinde ayrışmanın çok hafif olduğunu ve sadece kürenin yarıçapının logaritma olarak gitmesidir.

Problemin çözümü, Stueckelberg tarafından önerildiği, Bethe tarafından, önemli deneyden sonra Lamb tarafından, tek döngü uygulauan Schwinger tarafından, yakınsama ile Feynman ve Dyson tarafından, sistematik izole savaş sonrası Japonya'da Tomonaga tarafından çalışmalarıdaı tüm döngüler uzatıldı, özellikle elektronun kütlesi ve şarj: fotonların ve elektronların etkileşimleri tüm sonsuzluklar için gözlenen değerler ile bunları değiştirerek denklemlerde miktarların sonlu sayıda yeniden tanımlanması ve izole edilebilir olduğunu kabule renormalizasyon denir.

Bir süreklilik içinde bir teori tanımlamak, quanta nın bazı son derece yüksek değerin üstünde enerjilere sahip olamayacağını varsayarak, alanlarda bir kesme yerleştirmek için önemlidir.

Kafesler dönme simetrisini kırmak ve Feynman, Pauli Villars'daki tarafından yapılan önemli katkılarından biri, ve t Hooft ve Veltman 'tarafından modernize edilen, pertürbasyon teorisi için bir simetri koruyucu kesme dir. (bu işleme regularization denir).

Umarım, sabitlere kafes aralığı ile farklılık izin vererek, uzun mesafelerde tüm sonuçlar bir süreklilik sınırını tanımlayan, kafes için duyarsız hale gelir.

Süreklilik sınırı sonra iyice pertürbasyon teorisi ile tanımlanır ve tamamen iyi olmayan tedirgemeyle tanımlı olmasa bile, sorunlar sadece zayıf bağlantı elemanları için ters bağlantı katlanarak küçük mesafe ölçeklerinde yer almaktadır.

Asimptotik serbest SU (2) ve SU (3) zayıf hiper şarj ve güçlü renk etkileşimleri nonperturbatively iyi tanımlanmış ise üç bileşenden, kuantum elektrodinamiğin, bir süreklilik sınırı yok olduğuna inanılmaktadır.

Aksi takdirde yasak olayları izin verdiğinizde, ya da birleştirme sabitleri arasındaki niceliksel ilişkiler varsa yüksek enerji süreçleri standart modelinde görülebilir tek yoldur.

Bu QFT içinde Feynman diyagramlarının pertürbatif yaklaşımı kesinlikle deney tarafından onaylanmış çok hassas tahminler üretmesine rağmen, haklı olmadığı anlamına gelir. Buna Haag teoremi denir, ama parçacık fizikçileri QFT güvenerek büyük ölçüde onu silkmektedirler.

Sonuç olarak, teori fazlarının bir küresel değişimi (her yerde, her dalga fonksiyonlarının fazına sürekli ekleme) altında değişmez olduğudur; bu küresel simetri olduğunu belirtir.

Kuantum elektrodinamik, aynı zamanda faz yerel değişikliği altında değişmez - shift uzay-zamanda her noktada farklı olabilir ki bütün dalga fonksiyonlarının fazı kayabilir.

Bu yerel bir simetri olduğudur. Ancak, varlığını iyi tanımlanmış bir türev operatörü için sırayla, bir de türevi etkilemeyecek değişkenlerin yerel değişimi (bizim örneğimizde faz) için sırayla dönüştüren yeni bir alan, gösterge alanını tanıtmak gerekir.

Kuantum elektrodinamikte bu gösterge alanı elektromanyetik alandır. Değişkenlerin yerel göstergesine değişim göstergesi dönüşümü denir. Bu Noether teoremi ile her tür simetri için bir birleşik muhafaza akımı var olduğunu belirtmiştir.

Kuantum alan teorisinde alanların eksitasyonları parçacıkları temsil etmektedir. Gösterge alanının uyarımları ile ilişkili parçacık kuantum elektrodinamik durumunda foton olan gösterge bozonu vardır.