作者xgcj (xgcj)
看板Physics
標題Re: [好奇] 跟距離平方成反比
時間Fri Jun 11 00:46:32 2010
萬有引力,電磁交互作用力。基本上我們現在物理中的交互作用都是經由
規範波色子來傳遞,而我們現在簡化這個問題把造成平方反比的結構留下
來(不考慮規範項和規度或其他更複雜的東東),所以我就用Klien-Gordon
的模型來解釋。
考慮兩個φ2粒子散射
中間力的傳播是靠φ1
兩個φ2粒子分別以動量P1 P2入射後再以P3 P4出去
(不考慮s,t,u channel)
\ /
\↖P2 1 /
\ _________ /↗P4
\ P^2-m^2 /
\ /
)----------------( -ig
/ P → ↖ \
/ -ig \ \
/ φ1 \
/↗ P1 \↖P3 φ2
/ φ2 \
交代一下Lagrange
L=(1/2)∂(φ1)∂(φ1)-(1/2)(m)^2(φ1)^2
(1/2)∂(φ2)∂(φ2)-(1/2)(m2)^2(φ2)^2
-(g)(φ1)(φ2)^2 <=交互作用項
(這裡大寫P均表示為四為空間中的向量,小寫為三維向量)
P1-P2=P=P4-P3
(考慮牛頓極限下)
由於是低能量的狀態所以P1≒(m2,p1),P2≒(m2,p2),P3≒(m2,p3),P4≒(m2,p4)
姑且令P1-P2=P=(m2-m2,p1-p2)≡(0,k)
傳播子:
1 1 -1
_________=_____________=__________
P^2-m^2 0^2-k^2-m^2 k^2+m^2
然後你跟Born的散射理論比較後
得到
-g^2
V(k)=___________
k^2+m^2
這剛好是V(r)的複利業轉換
(d^3)q -g^2 → →
V(x)=∫_________ ___________exp(i k x)
(2π)^3 k^2+m^2
-g^2 exp(-mr)
=_______*_________
4π r
(中間過程用球極座標),積分上下限為±∞)
如果中間傳播的粒子質量為0(m=0)
-g^2
那V(r)=_________ 剛好就是平方反比率的由來
4πr
如果以電磁學來說的話g就相當於e這裡g有兩個其實是
我們多考慮了一個交互作用(兩個頂點)
把他求梯度後你剛好有個1/(4πr^2)出現
所以平方反比率和光子沒有靜止質量是等價的
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 140.113.89.27
1F:推 c06jo:推專業 06/11 00:50
2F:推 zealeliot:好難懂...再看幾遍 06/11 01:13
3F:推 harry901:快推 不然以免被人發現我不懂... 06/11 01:50
4F:推 HDT:我還真的看不懂= = 06/11 01:54
5F:→ xgcj:我大概說一下,主要是我將量場中的結果去跟量力做比較,然後 06/11 01:59
6F:→ xgcj:得到位能的公式,在反推光子沒有值兩和平方反比是等價的。 06/11 02:00
7F:→ xgcj:裡面的重點是後面兩條式子。 06/11 02:01
8F:→ xgcj:我前面的費曼圖則是交代整個交互作用的進行是怎樣子。 06/11 02:03
9F:推 chungweitw:不懂得看一下 en.wikipedia.org/wiki/Proca_action 06/11 02:05
10F:推 HDT:...應該說 如果我看得懂的話就太威了=A= 雖然我也希望能威一點 06/11 02:06
11F:→ xgcj:Proca field是帶有mass的向量場,所以比這個case又更複雜些。 06/11 02:10
12F:→ xgcj:但是她可以來描寫帶有mass的光子。 06/11 02:11
13F:推 ftsywind:推專業 06/11 02:25
14F:→ mouwat:學弟...你先準備面對下學期的電磁力學物數... 06/11 03:24
15F:→ mouwat:你才大一 這你畢業都不一定會懂了... 06/11 03:27
16F:→ xgcj:學弟是誰呀?? 06/11 03:27
17F:→ mouwat:上面喊不懂的其中一位.. 06/11 03:28
18F:推 HDT:(舉手)沒意外在說我... 06/11 03:29
19F:→ xgcj:這是第一次在這PO文~希望大家可以給一些意見 06/11 03:31
20F:→ m06:mou大的推文讓我以為在說原po...想說哪間大學大一教這麼多XD 06/11 11:06
21F:推 sunev:這樣算有解釋嗎? 06/11 11:40
22F:推 vivaptt:<(_ _)> 06/11 12:14
23F:推 zealeliot:對阿 看好幾遍 我也想問一下 這樣算有解釋到嗎? = = 06/11 12:58
24F:推 euphrate:可以問一下 你的∂是怎麼打的嗎 ! 06/11 13:04
25F:→ nightkid:16452有教怎麼打partial 06/11 13:16
26F:→ nightkid:當然有解釋到阿 推到V = k/r => F = grad.V = k/r^2 06/11 13:17
27F:→ sunev:我的意思是,你要怎麼說明你的action是合理的 06/11 14:10
28F:推 sunev:難道不可能存在無質量粒子又不是平方反比的action嗎? 06/11 14:13
29F:→ zealeliot:可能是這個action可以推出平方反比力 就當作是對的吧? 06/11 15:01
30F:→ ggk:我想問光子質量為零是不是假設P=(0,k)嗎? (沒學過量場) 06/11 16:18
31F:→ ggk:難得有好文 xgcj要不要開個課啊 XD 06/11 16:22
32F:推 youmehim:那邊討論粒子 因為取低速情況 質量≒靜止質量 相減變成零 06/11 16:30
33F:→ youmehim:代入光子質量為零是在 把位能轉回ordinary space時代入 06/11 16:31
34F:→ xgcj:在這裡我只是將為什麼是平方反比的結構點出來,波色子的傳遞 06/11 16:40
35F:→ xgcj:子,有1/P^2的這種結構,這就是導致平方反比最注要原因,至於 06/11 16:42
36F:→ xgcj:我寫出來的Lagrange只是交代一下我的Feynman rule。 06/11 16:44
37F:→ xgcj:你所說的非r平方反比也是可能的,會導致1/(r^2)的原因我還有 06/11 16:46
38F:→ xgcj:一點要補充說明,你在將V從動量空間轉到座標空間時,作一下 06/11 16:48
39F:→ xgcj:因次分析。(動量的因次是長度分之一)所以在d維底下 06/11 16:50
40F:→ xgcj:變換過去的位能因次為2-(d-1) 06/11 16:54
41F:→ xgcj:這樣一來你在4維空間中的位能因次就是長度分之一但是這並不 06/11 16:55
42F:→ xgcj:表示你的位能就遵守平方反比率,因為她前面可能有個無因次的 06/11 16:58
43F:→ xgcj:函數,我們剛剛也看到了如果有靜止質量話,位能還要有個exp 06/11 17:00
44F:→ xgcj:的decay,所以就這個世界來說你要滿足平方反比率的條件就是 06/11 17:01
45F:→ xgcj:(1)你必須是4維空間(2)你的Boson必須沒有靜止質量 06/11 17:02
46F:→ xgcj:ggk這裡有一點要注意diagram裡的中間線代表的是虛粒子所以不 06/11 17:11
47F:→ xgcj:會滿足你想的P=(0,k)的樣子,但是如果越接近p^2+m^2=(p0)^2 06/11 17:13
48F:→ xgcj:那這個虛粒子在計算中暫的比重就越高。 06/11 17:14
49F:→ xgcj:上面一行應該說使propagator佔的比重變較大(你可以觀察一下) 06/11 17:18
50F:→ xgcj:我做個說法的比較好了這裡做一點數學的小推導,得到的結果維 06/11 17:21
51F:→ xgcj:V~r^(3-d) (無質量時)而這表示你的光子(我用光子這個詞)在時 06/11 17:24
52F:→ xgcj:間前進時(吃掉一個維度)沿這徑向傳播(又吃掉一個維度)所以得 06/11 17:26
53F:→ xgcj:到了E~r^(2-d)~∂(V(r))~∂(r^(3-d))的結果 06/11 17:31
54F:→ leo80042:樓上在文章中的交互作用項是不是多寫了一個平方? 06/11 20:00
55F:→ xgcj:沒有阿~你看一個頂角是接兩個φ2~ 06/11 20:02
56F:→ kuromu:傳播子就不懂了QQ 06/11 20:05
57F:→ xgcj:你可以想像傳播子(propagator)就是互相交換虛光子 06/11 20:29
58F:推 andy2007:好厲害 好難!! 06/11 21:31
59F:→ kuromu:請問傳播子的公式是怎麼得到的 很複雜嗎.....QQ 06/11 21:53
60F:推 sukeda:考慮相對論的薛丁格方程式... 不要問 很可怕 06/11 22:35
61F:推 Frobenius:考慮相對論的薛丁格方程式(迪拉克方程式) #1By3Sx2r 06/11 22:38
62F:推 sunev:如果propagator是從Driac eq來,那這不就已假設平方反比了嗎 06/12 00:05
63F:→ chungweitw:Lorentz invariance requirement? 06/12 00:10
64F:推 kuromu:我看維基上的Non-relativistic propagator 怎麼有這麼多= = 06/12 01:16
65F:→ kuromu:[Hx-ih∂/∂t]K(x,t,x',t')=-ihδ(x-x')δ(t-t') 06/12 01:16
66F:→ kuromu:K(x,t,x',t')=∫exp[(i/h)∫Ldt]D[q(t)] 06/12 01:16
67F:→ kuromu:Ψ(x,t)=∫Ψ(x',t')K(x,t,x',t')dx' 06/12 01:16
68F:→ xgcj:基本上有兩種做法(1)Path integral(2)time evolution operato 06/12 23:25
69F:→ xgcj:r,這兩種做法得到的結果是一樣的。如果想單純一點,你可以看 06/12 23:27
70F:→ xgcj:Peskin的第二章,這章用到的數學只有複變而已。 06/12 23:30
71F:推 leo80042:太酷炫了,所以(φ2)^2可以看成是source嗎 06/12 23:53
72F:→ xgcj:那一項是interaction term,你在做path integral時會在action 06/13 00:01
73F:→ xgcj:中的各的場分別加上sourse term,然後的得到各個場的傳播子 06/13 00:03
74F:→ xgcj:之後你用functional derivative展開,你會發現頂角是本身就是 06/13 00:09
75F:→ xgcj:各個field的sourse產生的地方 06/13 00:10
76F:→ xgcj:我發現這樣好難解釋得乾淨喔!講個大概感覺比沒講還糟 06/13 00:12
77F:→ ggk:我看懂結果了...多謝 06/13 02:09
78F:推 leo80042:xgcj大說的頂角就是三條線相接的地方嗎? 06/13 11:41
79F:→ xgcj:對阿~ 06/13 18:21
80F:推 evecorkey:剛剛瞄到推文還以為這篇是大一的學生po的 我差點跪下來 06/14 16:39
81F:→ xgcj:^^/是不是大一不重要啦~ 06/15 08:36
82F:推 PhySeraph:nice one! 理解ing.. 10/03 23:45
83F:→ xgcj:回來朝聖自己文章 2012 03/11 04:54