¿Por qué hacer la misma carga se repelen y las cargas opuestas se atraen el uno al otro (por favor explique el fenómeno real utilizando las leyes de la naturaleza (QED), no con el modelo de aproximación)?
Respuestas
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Fernando Briano
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El título y el contenido de pedir dos cosas diferentes:
Contenido:
¿Por qué la misma carga se repelen entre sí y carga opuesta se atraen el uno al otro (por favor explique el fenómeno real utilizando las leyes de la naturaleza no con el modelo de aproximación)?
La única respuesta es : Porque.
Es un hecho observacional datos recogidos a través de los siglos que nos separan de la electricidad en los cargos, como los que se repelen , a diferencia de aquellos a atraer. Es un hecho experimental organizado en esta dualidad.
La física es acerca de los modelos matemáticos que se utilizan para el ajuste de los datos existentes y predecir el futuro de los fenómenos.
El título de la pregunta:
Explicación de electromagnetismo utilizando la teoría cuántica de campos
es decir, se está pidiendo un determinado modelo matemático. Desafortunadamente, a pesar de QFT puede ser utilizado para predecir el comportamiento de las partículas elementales cargadas que no puede explicar por qué hay cargas positivas y negativas y las cargas iguales se repelen y se atraen. Todavía es un hecho experimental ingresado a los postulados de la teoría.
Michael Hardy
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4554
Una respuesta corta, es que para calcular la energía de interacción (que dice que si los mismos cargos se atraen o se repelen), el uso de propagadores. Propagadores provienen de la expresión de Lagrangians. Finalmente, el tiempo derivado en parte por la dinámica de la libertad de grados en la acción debe ser positivo, y esto tiene una consecuencia en el signo de la Lagrangiana.
Elija una de las métricas de $(1,-1,-1,-1)$
Por ejemplo, para el campo escalar (spin-0), tenemos ($i=1,2,3$ que representa la coordenada espacial): $$S = \int d^4x ~(\partial_0 \Phi\partial^0 \Phi+\partial_i \Phi\partial^i \Phi)$ $
Aquí, el tiempo derivativo parte de la acción es positiva (debido a $g_{00}=1$), por lo que todo es OK. Cuando se calcula la energía de interacción de las partículas que interactúan a través de un spin-0 de campo, uno encuentra que los mismos cargos se atraen el uno al otro.
Ahora, tome un spin-1 de Lagrange (electromagnetismo):
$$S \sim \int d^4x ~(\partial_\mu A_\nu - \partial_\nu A_\mu) (\partial^\mu A^\nu - \partial^\nu A^\mu)$$
La dinámica de los grados de libertad son (algunos de) los componentes espaciales $A_i$, por lo que el tiempo derivado de la dinámica de grados de libertad es :
$$S \sim \int d^4x ~\partial_0 A_i \partial^0 A^i$$
Ahora, hay un problema, porque esto es negativo (debido a $g_{ii} = -1$), por lo que la acción correcta, se debe añadir un signo menos :
$$S \sim -\int d^4x ~ (\partial_\mu A_\nu - \partial_\nu A_\mu) (\partial^\mu A^\nu - \partial^\nu A^\mu)$$
Este signo tiene una consecuencia directa sobre los propagadores, y tiene una consecuencia directa en la energía de interacción, que se calcula a partir de propagadores.
Esto explica mientras que los mismos cargos que interactúan a través de un spin-0 (o spin-2) campo de atraer, mientras que los mismos cargos que interactúan a través de un spin-1 campo de repeler.
Ver Zee (la Teoría Cuántica de campos en una cáscara de nuez), Capítulo 1.5, para una discusión completa.
