КЭД – странная теория света и вещества (Фейнман) - страница 63

(1–3)×Р(2–3) и Р(2–3)×P(1–3) – две одинаковые стрелки. При сложении их длина удвоится, что приведет к учетверению квадрата длины результирующей стрелки по сравнению с квадратом длины одной стрелки. Так как две стрелки одинаковы, они всегда «выстраиваются в одну линию». Другими словами, интерференция не флуктуирует при изменении положений точек 1 и 2, она всегда положительна. Если бы мы не учитывали такой всегда положительной интерференции двух фотонов, то мы ожидали бы, что вероятность возрастает в среднем в два раза. Вместо этого вероятность всегда возрастает в четыре раза. Когда мы имеем дело с большим числом фотонов, эта превосходящая наши ожидания вероятность возрастает еще сильнее.

Это приводит к целому ряду практических следствий. Можно сказать, что фотоны стремятся попасть в одинаковые условия или «состояния». («Состояние» – это определенная пространственная зависимость амплитуды нахождения фотона.) Вероятность того, что атом излучит фотон, возрастает, если уже имеются фотоны в таком состоянии, в котором они могут быть излучены данным атомом. Это явление, получившее название «вынужденного излучения», открыл Эйнштейн, когда, предложив фотонную модель света, он положил начало квантовой теории. Работа лазеров основана на этом явлении.

Такое же рассуждение применимо и к нашим фальшивым электронам со спином нуль. Но в реальном мире, где электроны поляризованы, происходит нечто совсем другое: две стрелки, Е(1–3)×Е(2–4) и Е(1–4)×Е(2–3), вычитаются одна из другой – т. е. перед сложением одна из них поворачивается на 180°. Если точки 3 и 4 совпадают, стрелки одинаковы как по длине, так и по направлению, и при вычитании взаимно уничтожаются (см. рис. 72). Это означает, что, в отличие от фотонов, электроны не любят попадать в одно место, они бегут друг от друга как от чумы. Два электрона с одинаковой поляризацией не могут оказаться в одной точке пространства-времени – это явление называется «принципом запрета».

Этот принцип запрета, оказывается, лежит в основе великого разнообразия химических свойств атомов. Один протон обменивается фотонами с танцующим вокруг него одним электроном – это атом водорода. Два протона одного ядра обмениваются фотонами с двумя электронами (поляризованными в противоположных направлениях) – это атом гелия. Видите ли, у химиков сложный способ счета: вместо того чтобы говорить «один, два, три, четыре, пять протонов», они говорят: «водород, гелий, литий, бериллий, бор».

Рис. 72. Если два электрона (с одинаковой поляризацией) пытаются занять одну и ту же точку в пространстве-времени, интерференция всегда отрицательна. (Так проявляет-ся поляризация электронов.) Это значит, что две одинаковые стрелки Е(1–3)×Е(2–3) и Е(2–3)×Е(1–3) должны вычитаться друг из друга, в результате дли-на результирующей стрелки зануляется. Такое нежелание двух электронов занимать одно место в пространстве-времени называется «принципом запрета». Этим объясняется большое разнообразие атомов во Вселенной.