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

Движущийся вспять электрон, если его рассматривать в правильном направлении времени, оказывается таким же, как обычный электрон, за исключением того, что притягивается к нормальному электрону – мы говорим, что у него «положительный заряд». (Если бы я учел поляризацию фотонов, стало бы очевидно, почему j у движущегося вспять электрона имеет обратный знак, делая его заряд положительным.) По этой причине он называется «позитроном». Позитрон – это частица, родственная электрону. Он представляет собой пример «античастицы»[22].

Это общее явление. Каждая частица в Природе обладает амплитудой движения вспять во времени и, следовательно, имеет античастицу. Когда частица и античастица сталкиваются, они аннигилируют и образуют другие частицы. (При аннигиляции электрона и позитрона получается обычно фотон или два фотона.) А что же фотоны? Как мы видели, фотоны совершенно не изменяются при движении вспять во времени – поэтому они сами себе античастицы. Видите, как ловко мы сделали исключение частью правила.

Я хотел бы показать вам, как выглядит этот движущийся вспять электрон, когда сами мы движемся вперед по времени. Проведя для наглядности ряд параллельных прямых, я разделю диаграмму на временные отрезки точками Т0…, Т10 (см. рис. 64). Мы начинаем в момент времени Т0: электрон и фотон движутся навстречу друг другу. Внезапно в момент времени Т3 фотон превращается в две частицы, позитрон и электрон. Позитрон живет недолго, вскоре, в момент Т6, он сталкивается с электроном, и при их аннигиляции образуется новый фотон. Тем временем электрон, образовавшийся из первоначального фотона, продолжает двигаться в пространстве-времени.

Рис. 64. Рассмотрим пример в на рис. 63, двигаясь только вперед во времени (как мы вынуждены поступать в лаборатории). От момента времени Т0 до Т3 мы видим, что электрон и фотон летят навстречу друг другу. Внезапно в момент Т3 фотон «распадается» и появляются две частицы: электрон и частица ново-го типа – «позитрон» (представляющая собой электрон, движущийся вспять во времени). Позитрон движется навстречу исходному электрону. В момент времени Т5 позитрон аннигилирует с исходным электроном и образуется новый фотон. Тем временем образованный исходным фотоном электрон продолжает лететь вперед по пространству-времени. Такая последова-тельность событий наблюдается в лаборатории, она автоматически, не требуя никаких изменений, учитывается формулой Е(А – В).

Следующее, о чем я хотел бы рассказать, – это электрон в атоме. Чтобы понять поведение электронов в атомах, мы должны добавить в нашу картину мира еще один важный объект – тяжелое ядро в центре атома, содержащее по крайней мере один протон. (Протон – это ящик Пандоры, который мы откроем на следующей лекции.) Я не буду объяснять вам в этой лекции истинные законы поведения ядра – они очень сложны. Но в данном случае, когда ядро спокойно, мы можем приближенно описать его как частицу с амплитудой попадания из одной точки пространства-времени в другую по формуле Е(А – В), но со значительно большей величиной параметра п. Поскольку ядро по сравнению с электроном очень тяжелое, мы можем приближенно считать, что, двигаясь во времени, оно стоит практически на одном месте в пространстве.

Рис. 65. Электрон удерживается вблизи от ядра атома путем обмена фотонами с протоном («ящик Пандоры», в который мы заглянем в четвертой лекции). Воспользуемся пока приблизительным определением протона как неподвижной частицы. Здесь показан атом водорода, состоящий из протона и электрона, обменивающихся фотонами.