質問: 電磁気力は光子が媒介する? 電磁気力は光子が媒介するということですが、 電子a→光子→電子b の様に電子aが出した光子を電子bが受けたとすると、 電子aの運動量は光子の運動量分左向きに変化し、 電子bの運動量は光子の運動量分右向きに変化するので 電子aとbの間に反発力が起きるのは良くわかります。 [質問1] しかし、電子と陽電子間で引力が働く場合がわかりません。 電子→光子→陽電子 のように電子が出した光子を陽電子が受ける場合、 電子と陽電子に引力が働くためには、 光子の運動量が負でないといけないと思うのですが、 そういうのはありなのでしょうか? [質問2] 電子と電子間は反発力、電子と陽電子間は引力が働きますが、 どちらの場合も光子が媒介するのだとすると、 電子は、光子が電子から来たものか陽電子から来たものかによって、 動く方向を変えないといきません。 光子に種類がないとすると、電子は、どうやって相手が電子か陽電子かを 判別しているのでしょう? 電場を導入すればどちらも当たり前のことだと思いますが、 光子が電磁気力を媒介するという話しを考えると、どうもわからないのです。 よろしくお願い致します。
回答: 疑問点はよくわかりました。確かに光子は一種類しか存在しませんね。それで、一種類の光子が電場をつくっているのに、+-と++で引力、斥力と区別される理由はなにかと言うことですよね。しかし電場は一種類といっても正と負の電場があります。クーロンポテンシャルと一言にいっても正と負のポテンシャルがありますね v(陽子の作るポテンシャル)=+|e|/r v(電子の作るポテンシャル) =-|e|/r 殆んど何も説明になってませんが、一種類だから力は一つの性質、引力だけとか斥力だけとかに限られる必要はないということは理解できると思います。もしも光子が力の大きさだけの情報しかもっていなくて常に引力なら符号は必要ないわけです。(重力は質量に働く引力ですが、負の質量がないために斥力というものが存在しません。) そこで光子(ゲージ場)が作るポテンシャルには、そういった意味で二種類のクーロンポテンシャルがあります。そしてそのポテンシャルの中に電子や陽子がおかれると光子はそれらの電荷をみて、引力になるか斥力になるかが決まるわけです。 と、こんな風に説明しましたが、こういうことをあまり深く考えると私にはまだまだ分らない事がいろいろでてきます。例えば、陽子が作った電場中に突然電子をおきます。置いた瞬間に電子は周りにある電場を感じて力が働くような気がします、そのときに電場を作っている陽子はどうなっているんでしょうか? 陽子としては、電子が突然現れたからといってその存在が瞬時で分るわけではないので、電子からの光子が飛んでくるまでの暫くの間は動かないのではないかという気がします。こう考えると引力と言っても、お互いに相手の作った電場を感じて動くわけなので、電子が陽子に引かれ、陽子は電子にひかれるというよりも、お互いに相手の周りにある電場に引かれるような気もしてきます。結局おなじ事なのかもしれませんが・・ 。 電磁気が完成されたのは100年以上も前なんでしょうが、なかなかイメージというのはわかないところもありますね。