Электромагнитное взаимодействие

В том, что электромагнитное поле существует и переносит энергию, мы уверены после открытия электромагнитных волн Генрихом Герцем в конце XIX века. Но что же представляет собой это поле, в классической физике оставалось совершенно неясным. (Люди зачастую научаются использовать вещи, не понимая, что они из себя представляют.) Лишь квантовая теория разгадала тайны полей.

Квантовая теория электромагнитных взаимодействий была создана первой, к началу 1950-х. Она называется квантовой электродинамикой. Затем были построены квантовые теории сильного и слабого взаимодействий (что касается гравитации, то ее квантовой теории нет до сих пор).

Переносчиками любых взаимодействий являются кванты полей, которые называют также частицами-переносчиками. Частицы-участники обмениваются квантами полей друг с другом — это, грубо говоря, и есть взаимодействие. Квантами (переносчиками) электромагнитного поля являются виртуальные фотоны. Взаимодействие между заряженными частицами является результатом обмена фотонами: каждая из частиц испускает виртуальные фотоны, которые затем поглощаются другой частицей (если же другой частицы нет, то поглощаются ею самой).

Виртуальные фотоны, как любые виртуальные частицы, рождаются в соответствии с соотношением неопределенностей, разлетаются от частицы-источника во все стороны со скоростью света, и чем меньше энергия фотона, тем дольше его время жизни и тем дальше он успевает улететь. Поэтому электромагнитное взаимодействие не имеет границ, хотя и ослабевает с расстоянием.

Электромагнитное поле состоит не только из виртуальных фотонов: «по дороге» фотон может родить виртуальную электронно-позитронную пару. Образно говоря, электромагнитное поле представляет собой «суп» из непрерывно рождающихся и исчезающих виртуальных фотонов и электронно-позитронных пар. Чем «гуще суп», тем сильнее поле.