КЭД – странная теория света и вещества - Ричард Фейнман (2017)

Рис. 52. Сцена, на которой разыгрываются все действия во Вселенной – это пространство-время. Обычно имеющее четыре измерения (три пространственных и одно временное), пространство-время здесь будет представляться двумерным – с одним пространственным (горизонтальная ось) и одним временным (вертикальная ось) измерениями. Когда бы мы ни по-смотрели на бейсбольный мяч (например, в момент Т3), он занимает одно и то же место. Так образуется «полоса бейсбольного мяча», растущая со временем вверх.

Первое событие, которое я собираюсь изобразить в пространстве и времени, или в пространстве-времени, как я мог бы его небрежно назвать, – это лежащий неподвижно бейсбольный мяч (см. рис. 52). В четверг утром (этот момент времени я обозначу T0) мяч находится в некотором месте (которое я обозначу Х0). Поскольку мяч неподвижен, несколько позже, в момент времени Т1, мяч занимает то же место. Несколько позже, в Т2, мяч все еще в Х0. Поэтому диаграмма, изображающая неподвижный мяч, – вертикальная полоса, поднимающаяся строго вверх, как бы вся заполненная мячом.

Что произойдет, если мяч движется в невесомости, в космическом пространстве, и летит прямо к стене? Пусть в четверг утром (Т0) он начинает свой путь в Х0 (см. рис. 53). Через некоторое время он оказывается на другом месте, в X. Продолжая двигаться, мяч образует наклонную «полосу мяча» на пространственно-временной диаграмме. Ударившись о стенку (стоящую неподвижно, и поэтому изображаемую вертикальной полосой), мяч движется назад по другой пространственно-временно́й траектории. Точно в то же место (Х0), откуда вылетел, но в другую временную точку (Т6).

Рис. 53. Бейсбольный мяч, летящий под прямым углом к стенке и затем отскакивающий на первоначальное место (показанное под графиком), движется в одном измерении, а на графике изображается в виде наклонной «полосы мяча». В моменты времени Т1 и Т2 мяч приближается к стенке, в момент Т3 ударяется в нее и начинает обратный путь.

Что касается временной шкалы, то удобней откладывать время не в секундах, а в значительно меньших единицах. Поскольку мы будем иметь дело с очень быстро движущимися электронами и фотонами, я хочу, чтобы линия под углом 45° изображала нечто, движущееся со скоростью света. Например, для частицы, летящей со скоростью света из Х1Т2 в Х2Т2 горизонтальное расстояние между Х1 и Х2 равно вертикальному расстоянию между Τ1 и Т2 (см. рис. 54). Масштабный множитель, на который растянута ось времени (чтобы линия под углом 45° изображала частицу, движущуюся со скоростью света), называется с, и вы увидите, что эти с мельтешат повсюду в формулах Эйнштейна – это следствие неудачного выбора в качестве единицы времени секунды, а не времени, за которое свет пролетает 1 метр.

Рис. 54. В этих графиках я буду использовать такую шкалу времени, что частицы, летящие со скоростью света, будут распространяться под углом в 45° в пространстве-времени. Время, которое нужно свету, чтобы пролететь 30 см – из Х1 в Х2 или из Х2 в Х1 – порядка одной миллиардной доли секунды.

Теперь давайте подробно рассмотрим первое фундаментальное действие: фотон летит из одного места в другое. Я произвольно изображу это действие волнистой линией, соединяющей А и В. Мне следует быть точнее: надо было бы сказать, что фотон, про который известно, что он находится в данный момент времени в данном месте, имеет некоторую амплитуду попасть в другое место в другой момент времени. На моем пространственно-временном графике (см. рис. 55) у фотона в точке А (с координатами X1 и T1) имеется амплитуда попасть в точку В (с координатами Х2 и Т2). Величину этой амплитуды я буду называть Р(А – В).