Теперь Кью работает в режиме чтения

Мы сохранили весь контент, но добавить что-то новое уже нельзя

Как выглядят атомы в квантовой теории поля и теории струн?

Конечно, и КТП, и теория струн дают много интересных идей и предположений, но в "самых простых описаниях" этих теорий почти все примеры завязаны на чём-то, что намного меньше атомного ядра. То есть совершенно понятно, как, с точки зрения, обоих теорий, может выглядеть электрон, фотон и иже с ними, что в таком случае есть остальные фермионы, бозоны и кварки. Но вот нигде не написано, как эти теории представляют себе полноценное атомное ядро. Если в КТП частица есть возмущение какого-то конкретного поля, то как геометрически должна выглядеть атомная модель? Взаимодействие электронов друг с другом, "испускание" фотонов в таком случае абсолютно понятно и даже, как говорят у нас в деревне, "приколдесно". Но это слишком малый масштаб. Как описать вообще весь атом при помощи полей? Почему электрон выглядит неустойчивым, а атомное ядро прям жёстко так скреплено? Ядерные силы - это ясно. Но как они описываются в КТП? 
  Теория струн, соответственно, тоже ушла не слишком далеко. Если струна может быть электроном, может быть фотоном, то что касается нейтронов и протонов? Куда деть кварки? Куда деть кварки и в КТП тоже? Вот как-то вообразить трудно именно цельный атом. Примеры с электронами и фотонами понятны, удобство той же теории струн для соотнесения гравитации с квантовой механикой тоже офигенно. Но вот давайте представим, что я химик, и мне как-то не особо интересно что-то, что меньше электрона. Как вот мне представить себе атом: электронные облака и ядро, с точки зрения либо КТП, либо теории струн, либо (если вы, что называется, шарите) и за то и за другое. 
  Вопрос не фундаментальный, разумеется. Наверное, оно и совсем не важно, как КТП или М-теория описывают атом в общем. Ну да… работать с атомами мне это не мешает. Но вот интересно же: когда приближаем, то можем увидеть либо струны, либо возмущения полей. Но как это может выглядеть цельным, если отдаляться от фундаментальных частиц, скажем, на масштабы атома и чуточку подальше?  Как объекты из струн, либо возмущения полей превращаются в атомы, молекулы, а, значит, и в нас с вами? Как с точки зрения КТП и теории струн описывается окно в моей комнате? Я, вероятно, понял что-то не так, но мне тяжело представить своё окно, вмонтированное в стену, как "возмущения каких-то полей". А теория струн. к сожалению, вообще не даёт представление о том, почему моё окно выглядит именно так. Всё упирается либо в моё непонимание обоих теорий, либо я просто ещё не осознал, что они и не призваны объяснить, почему моё окно - это окно, а я - это я. Ну, то бишь… почему моё окно выглядит окном и является окном, а я выгляжу именно так, как выгляжу, и могу писать вопросы на ЯндексКью. Фундаментально-то как должно выглядеть? 
Квантовая физикаКвантовая теория поля+3
Анонимный вопрос
  · 2,1 K
Копирайтер для B2B. Пишу яркие продающие тексты на сложные темы.  · 24 апр 2023
Вопрос столь же интересный, сколь и сложный.
Размер атома по отношению к размеру струны в теории струн - это как размер всей Вселенной по отношению к размеру этого атома. Пытаться описывать атом с позиции теории струн бесполезно, как в практическом смысле, так и в теоретическом. Кроме того, макроявления - это всегда больше, чем просто сумма всех микроявлений. 
Рассмотрим такую аналогию. Художник на пленэре стоит перед мольбертом. Вдалеке - живописный пейзаж, который художник постепенно переносит на холст. Получается похоже. 
При этом по факту, на холсте не сухая трава, не облака, не почва и не деревья. Там краска. 
В реальности мы можем потратить какую-то энергию и рассмотреть дерево, ставшее моделью для картины, во всех подробностях. Увидеть каждую ветку, лист, а под микроскопом - клетки, хлоропласты и даже ДНК. Но где тогда окажется тот живописный вид, который запечатлел художник? То-то и оно! Вида больше нет. 
Чтобы получился вид, атомов и молекул, составляющих траву, облака, почву и деревья, недостаточно. Как минимум нужны еще атомы и молекулы самого художника, а также определенное пространственное отношение между всеми атомами и молекулами, составляющими объекты в кадре. И фотонами, конечно. Не забудем про фотоны.
Так и здесь. Атом - это не только сумма всех струн (или возмущений поля). Это еще и взаимные отношения всех этих составляющих. Насколько я понимаю, даже атом на уровне КТП, не говоря уже о струнах, полностью не формализован. Слишком сложно.
С математической точки зрения (но вот тут я предлагаю воспринимать мои слова с долей скепсиса, т.к. я не специалист), теория струн описывает частицы в так называемых чистых состояниях (eigenstate). Т.е. вот есть струна, она колеблется так-то и так-то, и для наблюдателя, который прикладывает не слишком большую энергию для наблюдения, выглядит, как частица в чистом состоянии.
Проблема в том, что чистые состояния - это далеко не все возможные квантовые состояния частицы. Да и самих частиц тоже не одна. И вот как раз какого-то формализма, который бы описывал произвольное число частиц (а не одну, зато любую) - не разработано.
Плюс принцип неопределенности, для которого вменяемых аналогий в привычной не-квантовой реальности вообще нет. Ну, типа, когда тот самый наблюдатель чуть перестарался и таки приложил несколько большую энергию, чем нужно. Результат? Куча новых частиц и античастиц вместо одной исследуемой. 
Как объекты из струн, либо возмущения полей превращаются в атомы, молекулы, а, значит, и в нас с вами? Как с точки зрения КТП и теории струн описывается окно в моей комнате?
Нет необходимости описывать окно в комнате на уровне теории струн. Там поправки будут близкие к нулю. Вы же не подсчитываете численность всяких там маркеров воспаления, коих в организме в отдельный момент может пара триллионов циркулировать, а просто градусник подмышку суете, верно?
Математически описать можно. Представить на уровне воображения?… Даже не знаю. Свихнуться не боитесь? :)
В 1996 начал писать стихи и разноплановую прозу. Я изучал квантовую теорию поля с 2003...  · 23 апр 2023
Ответ не сложен. КТП и теория струн тут ни причём. Нужно привлекать обычную ядерную физику и её главное уравнение - уравнение Шредингера! Если копать в этом направлении глубже, то помогут книги, написанные А.Б. Мигдалом. Они не простые со сложной математикой. Поищите в Интернете. Они есть! Конечно взаимодействие электронов и фотонов с атомом и ядром сложнее, особенно... Читать далее
философ, физик-теоретик, занимаюсь доработкой своей книги, в которой пытаюсь ответить на...  · 24 апр 2023
Вопрос конечно интересный, но и не однозначный. Что значит такое понятие как "выглядеть"? Как это следует понимать? Если имеется ввиду геометрическая форма то это одно, а если математическое описание то это другое.  Давайте остановимся на геометрической форме, тем более что это наиболее понятное для широкого круга модельное представление природных объектов.  К тому же... Читать далее