د کوانټومي ساحې نظریه

په نظري فزیک کې، د کوانټومي ساحې نظریه (QFT) یو نظري چارچوکاټ دی چې د کلاسیک ساحې، ځانګړي نسبیت او میخانیکي کوانټومي نظریې سره یوځای کوي. QFT د ذارتو په فزیک کې د لاندې اټومي ذراتو فزیکي موډلونو جوړونې او د کلکې مادې په فزیک کې ذراتو ته ورته موډلونو جوړونې لپاره کارول کېږي.

QFT ذرې د خپلو لاندنیو کوانټومي میدانونو د هڅول شویو حالتونو (چې کوانټومي هم نومول کېږي) په توګه چې له ذراتو څخه لا بنسټیز دي، په پام کې نیسي.  د یوې ذرې کوانټومي ساحه د لاګرانجي کمولو سره، د ذرې اړوند میدانونو تابع سره تعیینېږي. د ذراتو په منځ کې تعاملات په لاګرانجي کې د تعاملاتو اصطلاحتو سره توصیف کېږي چې د هغوی متناظرې کوانټومي ساحې په کې شاملېږي. په کوانټومي میخانیک کې د اغتشاش تیوري پر بنسټ، هر تعامل کولی شو په څرګند ډول د فاینمن ډیاګرام سره ښکاره کړو.

تاریخ

د کوانټومي ساحې نظریه د نظري فزیک‌پوهانو نسلونو له کار څخه چې ډېری یې په شلمه پېړۍ کې ژوند کاوه، راڅرګند شو. د هغه وده په ۱۹۲۰مه لسیزه کې د رڼا او الکټرونونو ترمنځ د تعاملاتو توصیف سره پیل شو او د کوانټومي ساحې په لومړنۍ نظریه کې – الکټروډینامیک کوانټومي – کې خپل اوج ته ورسېده. ډېر ژر په ګډوډو محاسباتو کې د بېلابېلو لامحدودو دوام او څرګندېدو سره یو لوی نظري خنډ رامنځته شو، هغه ستونزه چې یوازې په ۱۹۵۰مه لسیزه کې د بیاځلې عادي کېدو لارې اختراع سره حل شوه. د QFT ظاهري ناتواني سره دوهم اصلي خنډ د ضعیفو او قوي تعاملاتو په توصیف کې وو، تر هغه ځایه چې د نظر ځینې خاوندان د ساحې نظري کړنلارې د ځنډولو غوښتونکي شول. د ګاج نظریې وده او د سټانډارډ موډل بشپړېدل په ۱۹۷۰مه لسیزه کې د کوانټومي ساحې نظریې د بیا ژوندي کېدو لامل شول.

نظري پس منظر

د کوانټومي ساحې نظریه د کلاسیک میدان، د کوانټوم میخانیک او ځانګړي نسبیت نظریو له ترکیب څخه لاس ته راځي. لاندې پر دې مختاړو نظریو باندې لنډه کتنه شوې ده.

د کلاسیک ساحې لومړنۍ بریالۍ نظریه، هغه نظریه ده چې د نیوټن د جاذبې نړیوال قانون څخه لاس ته راغلې ده، سربېره پر دې چې په ۱۶۸۷م کال کې د Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica په رساله کې د ساحو مفهوم په بشپړ ډول ورک دی. د جاذبې قوه لکه څنګه چې نیوټن توصیف کړه «په فاصله کې یو عمل» دی – د هغې اغېزه پر لرې توکو، پرته له دې چې واټن ته پام وکړي، ناڅاپي دی. په هرحال، نیوټن له ریچارډ بنټلي سره د لیکونو تبادلې کې ولیکل: «د اټکل څخه لرې ده چې بې ځانه ماده، پرته د کوم بل څه له وساطت څخه چې مادي ندی، پرته له متقابلې اړیکې پر نورو موادو عمل کوي او پر هغوی اغېزه پرېږدي». تر اته لسمې پېړۍ چې د ریاضي فزیک‌پوهانو د ساحو په اساس د جاذبې یو مناسب توصیف کشف کړ – یو عددي کمیت (د جاذبې ساحې په مورد کې یو وکټور) چې د فضا هر ټکي پورې ځانګړی کېږي چې په هغه ټکي کې پر هر ذرې باندې د جاذبې د عمل ښکارندويي کوي. په هرحال دا یوازې یو ریاضيکي چل په پام کې نیول کېده.

په ۱۹مه پېړۍ کې د الکټرومقناطیس ودې سره، ساحو په خپل شتون پیل وکړ. مایکل فارادي د «ساحې» انګلیسي اصطلاح په ۱۸۴۵م کال کې رامنځته کړه. هغه ساحې د فضا ځانګړتیاوو په توګه (ان هغه وخت چې ماده په کې نه وي) معرفي کړې چې د فزیکي اغېزو لرونکي دي. هغه «فاصله کې د عمل» مخالف وو، او سپارښتنه یې وکړه چې د توکو په منځ کې تعاملات د «ځواک کرښو» له لارې چې د فضا ډکوونکې دي ترسره کېږي. د ساحو دا توصیف تر نن ورځې پورې پاتې دی.

د کلاسیک الکټرومقناطیس نظریه په ۱۸۶۴م کال کې د ماکسوېل معادلاتو سره بشپړه شوه چې د الکټریکي ساحې، مقناطیسي ساحې، الکټریکي جریان او الکټریکي بار ترمنځ اړیکې یې توضیح کولې. د ماکسوېل معادلې د الکټرومقناطیسي څپو د شتون ښکارندویي کوي، هغه پدیده چې په هغه کې الکټریکي او مقناطیسي ساحې له یوه فضایي ټکي بل ټکي ته په محدود سرعت سره خپرېږي چې داسې ښکاري د نور سرعت به وي. له همدې کبله له لرې څخه اقدام په قطعي توګه رد شو.

د کلاسیک الکټرومقناطیس لویې بریا سربېره، په اټومي طیف کې د جلا کرښو او همدارنګه په بېلابېلو څپو کې د تور جسم د وړانګو پراختیا د توضیح وړتیا یې نه درلودله. د تور جسم د وړانګو په هکله د ماکس پلانک مطالعه د کوانټومي میخانیک پیل وو. هغه اټومونه چې الکټرومقناطیسي وړانګې یې جذب او خارجوي، د هغه لخوا د حیاتي ځانګړتیا لرونکو کوچنیو نوسان‌ګرو په توګه په پام کې ونیول شول چې د هغه انرژۍ کولی شي د متداومو پرځای یوازې متقطع مقدار ونیسي. دا د هارمونیک کوانټومي نوسان‌ګرانو په توګه پېژندل کېږي. متقطع مقدارونو ته د انرژۍ محدود کولو دا پروسې د کوانتیزه کېدو په نوم یادېږي. د دې آیډیا پر اساس، آلبرټ انشټین په ۱۹۰۵م کال کې د فوټوالکټریک اغېزې لپاره یوه توضیح وړاندې کړه چې نور د فوټون (د نور کوانټومونه) په نوم د انرژۍ انفرادي بستو څخه جوړ شوی دی. دا ښکاروي چې الکټرومقناطیسي وړانګې، په داسې حال کې چې څپې په الکټرومقناطیسي ساحه کې کلاسیک دي، د ذراتو په بڼه هم شتون لري.

په ۱۹۱۳م کال کې، نیلز بور د اټومي جوړښت بور موډل معرفي کړ چې په هغه کې د اټومونو د ننه الکټرونونه یوازې کولی شي یوه لړۍ متقطع او ناتړلې انرژۍ ترلاسه کړي. دا د کوانتیزه کولو یوه بله بېلګه ده. د بور موډل د اټومي طیفي کرښو متقطع طبیعت په بریالیتوب سره توضیح کړ. په ۱۹۲۴م کال کې، لویز دو بروګلي د څپې-ذرې دوه ګوني توب فرضیه وړاندې کړه چې مایکروسکوپي ذرې په بېلابېلو شرایطو کې هم د څپو په څېر او هم د ذرې په څېر ځانګړتیاوې له ځان څخه ښکاروي. د دې وېشل شوو نظریو په یوځای کولو سره، د ۱۹۲۵ او ۱۹۲۶م کلونو ترمنځ د ماکس پلانک، لویي دو بروګلي، ورنر هایزنبرګ، ماکس بورن، اروین شروډینګر، پال ډیراک او ولفګانګ پاولي په مشارکت سره، د کوانټومي میخانیک په نوم یوې منسجمې رشتې شکل ونیوه.

په هماغه کال کې چې انشټین د فوټوالکټریک په هکله خپله مقاله خپره کړه، خپله د ځانګړي نسبیت نظریه یې هم خپره کړه چې د ماکسوېل د الکټرومقناطیس په اساس جوړه شوې وه. د ناظر سرعت بدلونونو لاندې د یوې پېښې د وخت او ځای ځانګړتیاوو څرنګوالي لپاره د لورنټس بدلونونو په نوم نوي قوانین وړاندې شول او د وخت او ځای ترمنځ توپیر روښانه نه وو. سپارښتنه وشوه چې ټول فزیکي قوانین باید د بېلابېلو سرعتونو ناظرانو لپاره یوشان وي، یعنې فزیکي قوانین باید د لورنټس بدلونونو له لوري ثابت وي.

دوه ستونزې پاته شوې. په مشاهدوي توګه، د کوانټومي میخانیک بنسټیزه د شروډینګر معادله کولی شي د اټومونو د وړانګو هڅول شوې برخې توضیح کړي، چېرته چې یو الکټرون د خارجي الکټرومقناطیسي ساحې تر اغېزې لاندې ځان څخه یو نوی فوټون خارجوي، خو په خپل سر د اخراج د توضیح وړتیا نه لري، چېرته چې یو الکټرول په خپل سر ځان لپاره انرژي کموي او ان د خارجي الکټرومقناطیسي ساحې له عمل څخه پرته فوټون خارجوي. له نظري اړخه، د شروډینګر معادلې نشو کولی چې فوټونونه توصیف کړي او د ځانګړي نسبیت له اصولو سره همغږې نه وه – دا معادله وخت د یو معمولي شمېرې په توګه په پام کې نیسي او په عین حال کې ځایي مختصات، خطي چلونکي ته ارتقا ورکوي.