Wheeler-Feynman emme teorisi

Wheeler–Feynman emici teorisinin (ayrıca Wheeler–Feynman zaman-simetri teorisi) elektrodinamik bir yorumlanması olan elektromanyetik alan denklemlerinin varsayılan çözümlerinin zaman-ters simetrisi altında kendi alan denklemleri olarak değişmez olması gerekir,yani ,burada zaman-ters simetri kırılması için görülen bir neden yokken bir tercihli zaman yönü çıkışı tektir ve böylece geçmiş ve gelecek arasında bir ayrım yapılır.Bir zaman-ters değişmez teorisi daha mantıklı ve seçkindir.Diğer kilit prensip ,bu yorumların sonucu ve Mach prensibini hatırlatan Tetrode nedeniyle bu temel parçacıklar kendi kendine etkileşmiyor. Bu öz-enerji problemini hemen ortadan kaldırır .

Bu teori onun kendi kaynakçısının adınadır, sonraki fizikçiler Richard Feynman ve John Archibald Wheeler.

T-simetri ve nedensellik

Zaman ters simetrisi gerekliliğinin genel içinde, nedensellik prensipleri ile eşlenmesi zordur. Genel içinde Maxwell denklemleri ve elektromanyetik dalga için denklemler var, ,iki olaslık çözümü: bir gecikmiş (gecikmiş)çözüm ve bir ileri çözümdür.Buna uygun olarak,herhangi yüklü parçacıklardan üretilen dalgaların ${\displaystyle t_{0}=0}$zaman demek ve${\displaystyle x_{0}=0}$ noktası, bu varolan ${\displaystyle x_{1}}$ noktasından ${\displaystyle t_{1}=x_{1}/c}$ anına (burada ${\displaystyle c}$ ışığın hızı) emme sonrası (gecikmiş çözüm ) olacak, ve diğer dalgalar aynı yere varacak ${\displaystyle t_{2}=x_{1}/c}$ anından önce emilmişir (ileri çözüm). İkincisi, bununla beraber, nedensellik prensibinin ihlali: burada emmeden önce uyarılabilen ileri dalgalar. Böylece ileri çözümler genellikle elektromanyetik dalgaların içerisinden terkedilir. Emme teorisi içinde, yüklü parçacıklar yerine yayıcılar ve emiciler ikilisi olarak düşünülür, ve yayma süreci aşağıdakilerden emme süreci olarak bağlantılıdır: Yayıcıdan emiciye geri kalan dalga ikilisi ve emiciden yayıcıya ileri dalgalar gözönüne alınıyor iki dalganın toplamı , bununla birlikte,nedensellik dalgaları, içinde sonuçlar nedensellik-dışı (ileri) çözümlerin terkedilmesi için bir önsel değildir.

Feynman ve Wheeler çok basit ve seçkin yolla bu sonuçları elde etti. Onlar bizim evrendeki tüm yüklü parçacıklar (yayıcılar) sayılırlar ve zaman ters simetrik dalgaları üretmek için hepsi varsayılmıştır. Bunlar alan sonuçlarıdır

${\displaystyle E^{\mathrm {tot} }(\mathbf {x} ,t)=\sum _{n}{\frac {E_{n}^{\mathrm {ret} }(\mathbf {x} ,t)+E_{n}^{\mathrm {adv} }(\mathbf {x} ,t)}{2}}.\ }$

Daha sonra gözlemlenen, varsa bu ilişki:${\displaystyle E^{\mathrm {free} }(\mathbf {x} ,t)=\sum _{n}{\frac {E_{n}^{\mathrm {ret} }(\mathbf {x} ,t)-E_{n}^{\mathrm {adv} }(\mathbf {x} ,t)}{2}}=0}$

${\displaystyle E^{\mathrm {free} }}$,içreği homojen Maxwell denklemin bir çözüm olarak, toplam alanı elde etmek için kullanılabilir::

${\displaystyle E^{\mathrm {tot} }(\mathbf {x} ,t)=\sum _{n}{\frac {E_{n}^{\mathrm {ret} }(\mathbf {x} ,t)+E_{n}^{\mathrm {adv} }(\mathbf {x} ,t)}{2}}+\sum _{n}{\frac {E_{n}^{\mathrm {ret} }(\mathbf {x} ,t)-E_{n}^{\mathrm {adv} }(\mathbf {x} ,t)}{2}}=\sum _{n}E_{n}^{\mathrm {ret} }(\mathbf {x} ,t).}$

Toplam alan geri kalma ve nedensellik ihlali değildir.

Bu varsayım serbest alan sıfıra özdeştir emme fikrinin çekirdeğidir. Her parçacık tarafından yayılan radyasyon bu anlamda evrende varolan diğer tüm parçacıklar tarafından tamamen emilir.Bu noktayı daha iyi anlamak için, yaygın materyal içinde çalışan emme mekanizmasını gözönüne almak yararlı olabilir ,mikroskobik ölçekte, bu dış tedirgeme tepki gelen elektromanyetik dalganın toplamı ve malzemenin elektron oluşturulan dalgaların, sonuçlarıdır Gelen dalga emilir, sonuç sıfır, çıkan bir alandır.Emici Teorik olarak, aynı kavram, ancak gecikmeli ve gelişmiş dalgalarla varlığında kullanılır. Bu nedensellik sırası nedeniyle çıkan dalganın, tercih edilen bir zaman yönü var gibi görünüyor. Ancak, bu sadece bir yanılsamadır. Aslında sadece yayma ve emme etiketlerini ve böylece,görünüşte keyfi etiketleme tercih süresi yönü sonuçlarından değiş tokuş ederek zaman yönünü tersine çevirmek her zaman mümkündür.

T-simetri ve kendikendiyle etkileşim

Emici teorisinin önemli sonuçlarından biri elektromanyetik radyasyon sürecinin zarif ve net yorumudur. Bir yüklü parçacığın ivmelenerek, yani, enerji kaybederek elektromanyetik dalgalar yaydığı bilinmektedir . Böylece, parçacığın (${\displaystyle F=ma}$) için Newton denklemine dikkatle bu enerji kaybını alan tüketimli kuvvet (terim sönümleme) içermelidir.Elektromanyetizmanın nedensel yorumunda,Lorentz ve Abraham sonra Abraham-Lorentz kuvveti denilen böyle bir gücü, kendi alanı ile parçacığın gecikmeli öz-etkileşimi nedeniyle önerdi.Bu teorik olarak farklılaşmalara yol açar ve partikülün yük dağılımının yapısına bazı varsayımlar ihtiyacı olarak bu ilk yorumu olup ancak, tamamen tatmin edici değildir. Dirac bunu relativistik değişmeyen yapmak için formülü genelleştirilmiş. Bunu yaparken, o da farklı bir yorumu önerdi. O, sönümleme teriminin, kendi konumunda parçacık üzerinde hareket eden bir serbest alan cinsinden ifade edilebileceğini göstermiştir

${\displaystyle E^{\mathrm {damping} }(\mathbf {x} _{j},t)={\frac {E_{j}^{\mathrm {ret} }(\mathbf {x} _{j},t)-E_{j}^{\mathrm {adv} }(\mathbf {x} _{j},t)}{2}}}$

Ancak Dirac bu yorumun herhangi bir fiziksel açıklaması için önerme vermedi.

Bir açık ve basit bir açıklama yerine, kendisi ile etkileşime girmeyen her parçacık , basit fikrinden yola çıkarak, emici teorisi çerçevesinde elde edilebilir. Bu aslında ilk Abraham-Lorentz önerisinin tersidir.parçacığı üzerinde alan hareketi ${\displaystyle j}$ kendi pozisyonuda (${\displaystyle x_{j}}$ noktası) ise:

${\displaystyle E^{\mathrm {tot} }(\mathbf {x} _{j},t)=\sum _{n\neq j}{\frac {E_{n}^{\mathrm {ret} }(\mathbf {x} _{j},t)+E_{n}^{\mathrm {adv} }(\mathbf {x} _{j},t)}{2}}\ {\text{.}}}$

Bu ifadenin serbest alan teriminin, toplamı biz elde etmek istersek

${\displaystyle E^{\mathrm {tot} }(\mathbf {x} _{j},t)=\sum _{n\neq j}{\frac {E_{n}^{\mathrm {ret} }(\mathbf {x} _{j},t)+E_{n}^{\mathrm {adv} }(\mathbf {x} _{j},t)}{2}}+\sum _{n}{\frac {E_{n}^{\mathrm {ret} }(\mathbf {x} _{j},t)-E_{n}^{\mathrm {adv} }(\mathbf {x} _{j},t)}{2}}}$

ve Dirac sonucu sayesinde,

${\displaystyle E^{\mathrm {tot} }(\mathbf {x} _{j},t)=\sum _{n\neq j}E_{n}^{\mathrm {ret} }(\mathbf {x} _{j},t)+E^{\mathrm {damping} }(\mathbf {x} _{j},t).}$

Bu nedenle, sönümleme kuvveti farklılaşmalara yol açtığı bilinmektedir kendi kendine etkileşimine gerek kalmadan elde edilir, ve aynı zamanda Dirac tarafından türetilen ifade fiziksel gerekçe verir.

Eleştiri

Bununla birlikte,göreceli olmayan sınırlar içinde yazılan problemin boş olmadığı Abraham–Lorentz kuvveti şunu verir:

${\displaystyle E^{\mathrm {damping} }(\mathbf {x} _{j},t)={\frac {e}{6\pi c^{3}}}{\frac {\mathrm {d} ^{3}}{\mathrm {d} t^{3}}}x}$

zamanın üçüncü sıra türevi ile (ayrıca "jerk" veya "jolt" denir) hareketin denklemi içinde girişler, yalnızca parçacığın hızı ve başlangıç pozisyonu türevin bir çözümü için gerekli değildir, ama ayrıca başlangıç ivmesi gereklidir. Bu, belirgin bir sorun, ancak parçacık için hareket denklemi alanın Maxwell denklemleri ile birlikte çözülebilir olduğu gözlemlenerek, emici teorisinde çözülebilir. Bu durumda,ilk ivme yerine , bir tek başlangıç ​​alanını ve sınır koşulu belirtmek gerekiyor. Bu yorum, teorinin fiziksel yorumlanması tutarlılığını geriye döndürür.

Diğer zorluklar bu sönümleme kuvveti varlığında bir yüklü parçacık için hareket denklemi çözmeye çalışırken ortaya çıkabilir. Yine emici teorisi ile, Wheeler ve Feynman sorununa tutarlı bir klasik yaklaşım oluşturmak mümkündür( Abraham-Lorentz kuvveti içinde "paradokslar" bölümüne bakın).

Aynı zamanda, elektromanyetik dalgaların zaman yorumlanması simetrik olduğu zaman T-simetrinin bizim dünyada kırık olduğunu, bu yüzden, belirli bir yönde akmakta ve deneysel kanıt aksine olduğu görülmektedir.Yaygın olarak bu simetri kırılmasının ancak, sadece termodinamik sınır içinde görünür olduğuna inanılmaktadır(örnek için bkz zamanın oku). Wheeler'in kendisi evrenin genişlemesinin termodinamik sınırı içinde zaman simetrik olmadığını kabul ediyor .Ancak bu T-simetrinin mikroskobik düzeyde aynı zamanda kırık olması gerektiği anlamına gelmez. Son olarak, teorinin ana dezavantajı parçacıkları kendine etkileşim olmadığı sonucu çıktı. Son olarak, teorinin ana dezavantajı olarak parçacıkların öz-etkileşiminin olmadığı sonucu ortaya çıktı. Nitekim, Hans Bethe nin gösterdiği gibi, Lamb kayması nın açıklanması bir öz-enerji terimini gerektirmiştir. Feynman ve Bethe arasında bu konu üzerinde yoğun bir tartışma vardı ve sonunda Feynman'ın kendisi öz-etkileşimin hesaba etkisinin doğru bu ihtiyaç olduğunu belirtti.

Orijinal Formülasyondan bu yana gelişmeler

Çekim Teorisi

Wheeler–Feynman emme teorisinin elektrodinamik için Machian doğasından esinlenerek ,^[1][2][3] Genel görelilik kavramları içinde Fred Hoyle ve Jayant Narliker tarafından önerilen kendi ağırlık kuramıdır. Bu model halen son astronomik gözlemlere rağmen bu teorilere meydan okumaktadır

Kuantum Mekaniği işlem yorumlanması

İlk 1986 yılında John G. Cramer tarafından önerilen kuantum mekaniği (TIQM) işlemsel yorumlanmasından yine Wheeler-Feynman tarafından emici teorisi esinlenilerek,^[4] gecikmiş (geri-zamanında) ve gelişmiş (ileri-zamanında) dalgalar tarafından oluşturulan bir duran dalganın terimleri içinde kuantum etkileşimlerini açıklar. J. Cramer Kopenhag yorumlanması ile felsefi problemleri önlendiğini iddia eder ve , böylece kuantum yerelsizlik,kuantum dolaşıklık ve tersine nedensellik gibi gözlemcinin rolü ve çeşitli kuantum paradokslarını giderir ^[5]

Nedenselliğin çözümü

T.C Scott ve R.A. Moore göstermiştir ki, "ileri" varlığında önerdiği açık nedensizlik Liénard-Wiechert potansiyeli sadece emme fikrinin "komplikasyonları hariç" gecikmeli potansiyelleri açısından yeniden biçimlendirmesi teori ile çıkarılabilir. .^[6][7] Lagrange başka bir parçacığın(${\displaystyle p_{1}}$) tarafından zaman-simetrik potansiyel etkisi altında oluşturulan bir parçacık(${\displaystyle p_{1}}$) tarif ediyor:

${\displaystyle L_{1}=T_{1}-{\frac {1}{2}}\left((V_{R})_{1}^{2}+(V_{A})_{1}^{2}\right)}$

burada ${\displaystyle T_{i}}$ ifadesi ${\displaystyle p_{i}}$ parçacığının fonksiyonel göreli kinetik enerjisi ve, ${\displaystyle (V_{R})_{i}^{j}}$ ve ${\displaystyle (V_{A})_{i}^{i}}$ sırasıyla gecikmelidir ve ${\displaystyle p_{i}}$ parçacığı üzerindeki ileri Liénard–Wiechert potansiyeli hareketi ve ${\displaystyle p_{j}}$ parçacığı ile üretilir.${\displaystyle p_{1}}$ parçacığı için karşılayan Lagranjiyen:

${\displaystyle L_{2}=T_{2}-{\frac {1}{2}}\left((V_{R})_{2}^{1}+(V_{A})_{2}^{1}\right).}$

Bu bilgisayar cebiri ile orijinal gösterim idi ^[8] ve ardından analitik kanıtlanmış^[9] olan:

${\displaystyle (V_{R})_{j}^{i}-(V_{A})_{i}^{j}}$

bir toplam zaman türevidir,yani varyasyonlar hesabı içinde bir ıraksama dır ve böylece Euler-Lagrange denklemine bir katkı vermez.Bu sonuç sayesinde gelişmiş potansiyelleri elimine edilebilir, burada toplam türev serbest alan olarak aynı rolü oynar.N-cisim sistemi için Lagrange bu nedenle:

${\displaystyle L=\sum _{i=1}^{N}T_{i}-{\frac {1}{2}}\sum _{i\neq j}^{N}(V_{R})_{j}^{i}}$

The resulting lagrangian is symmetric under the exchange of ${\displaystyle p_{i}}$ with ${\displaystyle p_{j}}$. For ${\displaystyle N=2}$ this Lagrangian will generate exactly the same equations of motion of ${\displaystyle L_{1}}$ and ${\displaystyle L_{2}}$.Bu nedenle, bir dış gözlemcinin bakışı açısından her şey nedenseldir. Belirli bir cisme etki eden kuvvetleri izole etmek yalnızca ileri potansiyeller ortaya çıkarılabilir.söz konusu olan sorunun bu biçime sokulmasıdır: N-cisim Lagrangiyan izlenen eğriler her zaman türevlerine bütün parçacıklar tarafından bağlıdır.Yani Lagrange sonsuz sıralıdır.Ancak çok daha büyük bir ilerleme teori nicelenmesinin çözümlenmemiş konusu incelemesi içinde yapıldı.^[10][11] Ayrıca, başlangıçta Breit denklemi nden elde edilen Darwin Lagrange yutucu terimler dışındaki formulasyondur.^[9] This ensures agreement with theory and experiment, up to but not including the Lamb shift. Numerical solutions for the classical problem were also found.^[12] Sonuç olarak, Moore ve Scott^[6] radyasyon reaksiyonuna alternatif bir kavram olarak , ortalama net dipol moment böylece emme teorisi komplikasyonlarının önlenmesi yüklü parçacıkların, bir koleksiyonu için sıfırdır fikrini kullanılarak elde edilebileceğini göstermiştir. Onlarin yaklasimindaki onemli kazanc, makalelerinde EPR özçelişkisi cercevesinde kapsamli olarak inceledikleri genellesmis devinirlik yasasini aynen formule etmis olmalaridir^[13].

Alternatif Lamb Kayması Hesaplama

Daha önce belirtildiği gibi, emici teorisine karşı ciddi bir eleştiri Machian varsayımına göre,bu noktada parçacıkların (sonsuz) self-enerjileri kendilerinin hareketini yok etmez ve Kuantum elektrodinamik (QED)ye göre Lamb kayması için bir açıklama sağlar. Ed Jaynes Lamb gibi kayma yerine daha çok Wheeler-Feynman emici teorinin kendisinin aynı kavramları boyunca diğer parçacıklar ile etkileşimi nedeniyle alternatif bir model önerdi.Basit bir örnek birçok osilatörler ile doğrudan bağlanmış bir osilatör hareketi hesaplamaktır.Jaynes spontan emisyon ve klasik mekaniğin Lamb kayma davranışı her ikisinin kolaylığını göstermiştir..^[14] Ayrıca, Jayne'in alternatifleri "sonsuzlukların toplama ve çıkarması" ile renormalizasyon arasındaki ilişkiye çözüm sağlar .^[15] Lamb kayması hesaplanmasının esas kısmının bir logaritması Bethenin aynı tip esasına yol açar Jaynes' iddiasını haklı çıkarır bu iki farklı fiziksel modeller her diğerine matematiksel izomorfik olabilir ve bu nedenle,nedensellik konusunda Scott ve Moore tarafından aynı zamanda yapılan belli bir nokta aynı sonuçları verir.

Sonuçlar

Şüphesiz Sen,Şaka yapıyoruz,Bay Feynman! otobiyografik çalışması " Monster Minds " başlıklı bölümde belirtilen ! yanı sıra, Fizik üzerine Feynman dersleri Vol.II.de bahsi geçen bu evrensel emici teorisidir

Bu başlangıç ​​noktası olarak Lagrange ve bu noktadan hareketle kuantum mekaniğinin bir çerçeve formülasyonunu kullanarak,Hamiltoniyen yerine ,Feynman yol integralleri formülasyonu kullanarak kuantum elektrodinamiği ve genel olarak kuantum alan teorisi Feynmanın ilk hesaplamalarının yararlı olduğu kanıtlanmıştır gecikmeli ve ileri yayıcıların her iki alanları Feynman yayıcı veDyson yayıcısı olarak, ayrıca gecikmeli ve ileri yayıcılar sırasıyla görünür.Arka görüş, burada gösterilen gecikmeli ve ileri potansiyelleri arasındaki ilişki alan teorisinde, gelişmiş yayıcısı alan kaynağı ve test parçacığın rolleri değişmesi ile gecikmeli yayıcısı elde edilebilir, gerçeği görünümünden o kadar şaşırtıcı değil (genellikle bir Green fonksiyonu biçimcilik çekirdeği içinde). Alan teorisinde,hem ileri hem de gecikmeli alanların kombinasyonları sadece sınır koşulları tarafından belirlenir Maxwell denklemlerinin matematiksel çözümleri olarak gelişmiş gibi görülüyor.

Notlar

1. F. Hoyle and J. V. Narlikar (1964). "A New Theory of Gravitation". Proceedings of the Royal Society A. Bibcode 1964RSPSA.282..191H. DOI:10.1098/rspa.1964.0227. 
2. "Cosmology: Math Plus Mach Equals Far-Out Gravity". Time. Jun 26, 1964. http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,898186,00.html. Erişim tarihi: 7 August 2010. 
3. Hoyle, F.; Narlikar, J. V. (1995). "Cosmology and action-at-a-distance electrodynamics". Reviews of Modern Physics 67 (1): 113–155. Bibcode 1995RvMP...67..113H. DOI:10.1103/RevModPhys.67.113. 
4. The Transactional Interpretation of Quantum Mechanics by John Cramer. Reviews of Modern Physics 58, 647-688, July (1986)
5. John G. Cramer, ``Quantum Entanglement, Nonlocality, Back-in-Time Messages, (April 3, 2010).
6. Moore, R. A.; Scott, T. C.; Monagan, M. B. (1987). "Relativistic, many-particle Lagrangean for electromagnetic interactions". Phys. Rev. Lett. 59 (5): 525–527. Bibcode 1987PhRvL..59..525M. DOI:10.1103/PhysRevLett.59.525. )
7. Moore, R. A.; Scott, T. C.; Monagan, M. B. (1988). "A Model for a Relativistic Many-Particle Lagrangian with Electromagnetic Interactions". Can. J. Phys. 66 (3): 206–211. Bibcode 1988CaJPh..66..206M. DOI:10.1139/p88-032. 
8. Scott, T. C.; Moore, R. A.; Monagan, M. B. (1989). "Resolution of Many Particle Electrodynamics by Symbolic Manipulation". Comput. Phys. Commun. 52 (2): 261–281. Bibcode 1989CoPhC..52..261S. DOI:10.1016/0010-4655(89)90009-X. 
9. Scott, T. C. (1986). "Relativistic Classical and Quantum Mechanical Treatment of the Two-body Problem". MMath thesis (U. of Waterloo, Canada). 
10. Scott, T. C.; Moore, R. A. (1989). "Quantization of Hamiltonians from High-Order Lagrangians". Nucl. Phys. B 6 (Proc. Suppl.): 455–457. Bibcode 1989NuPhS...6..455S. DOI:10.1016/0920-5632(89)90498-2. 
11. Moore, R. A.; Scott, T. C. (1991). "Quantization of Second-Order Lagrangians: Model Problem". Phys. Rev. A 44 (3): 1477–1484. Bibcode 1991PhRvA..44.1477M. DOI:10.1103/PhysRevA.44.1477. 
12. Moore, R. A.; Qi, D.; Scott, T. C. (1992). "Causality of Relativistic Many-Particle Classical Dynamics Theories". Can. J. Phys. 70 (9): 772–781. Bibcode 1992CaJPh..70..772M. DOI:10.1139/p92-122. 
13. Scott, T. C.; Andrae, D. (2015). "Quantum Nonlocality and Conservation of momentum". Phys. Essays 28 (3): 374-385. http://www.physicsessays.org/browse-journal-2/product/1379-15-t-c-scott-and-d-andrae-quantum-nonlocality-and-conservation-of-momentum.html. 
14. E.T. Jaynes, ``The Lamb Shift in Classical Mechanics in ``Probability in Quantum Theory, pp. 13-15, (1996) Jaynes' analysis of Lamb shift.
15. E.T. Jaynes, ``Classical Subtraction Physics in ``Probability in Quantum Theory, pp. 15-18, (1996) Jaynes' analysis of handing the infinities of the Lamb shift calculation.

Key papers

• Wheeler, J. A.; Feynman, R. P. (1945). "Interaction with the Absorber as the Mechanism of Radiation". Reviews of Modern Physics 17 (2–3): 157–161. Bibcode 1945RvMP...17..157W. DOI:10.1103/RevModPhys.17.157. 
• Wheeler, J. A.; Feynman, R. P. (1949). "Classical Electrodynamics in Terms of Direct Interparticle Action". Reviews of Modern Physics 21 (3): 425–433. Bibcode 1949RvMP...21..425W. DOI:10.1103/RevModPhys.21.425. 

Ayrıca bakınız

• Nedensellik
• Fizikte simetri ve T-simetri
• Transactional interpretation
• Abraham-Lorentz kuvveti
• Tersinenedensellik
• İki-durum vektör formalizmi
• Woodward etkisi

Dış bağlantılar

• J. A. Wheeler and R. P. Feynman, "Interaction with the Absorber as the Mechanism of Radiation" Caltech Library of Authors