ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ВЕЩЕСТВОМ - КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Лекция первая

Под квантовой электродинамикой принято понимать теорию взаимодействия света с веществом. Из-за большого числа возможных эквивалентных методов формулировки квантовой электродинамики предмет этот на первый взгляд выглядит сложнее, чем он в действительности оказывается. Одним из наиболее простых методов формулировки квантовой электродинамики является метод Ферми. Мы будем исходить из других предпосылок, непосредственно постулируя законы излучения и поглощения фотонов. Такая формулировка наиболее удобна для приложений.

ОБСУЖДЕНИЕ МЕТОДА ФЕРМИ

Предположим, что все атомы вселенной помещены в некотором кубе. Классически такой куб можно рассматривать как обладающий собственными колебаниями, описываемыми с помощью распределения гармонических Осцилляторов, взаимодействующих с веществом

Переход к квантовой электродинамике заключается в простом предположении, что эти осцилляторы являются не классическими, а квантовыми. Тогда энергии таких осцилляторов составит где при этом энергия основного состояния равна Куб считается заполненным фотонами с распределением энергии .

Взаимодействие фотонов с веществом приводит К изменению числа фотонов на ±1 (излучение или поглощение).

Поле в кубе можно представить в виде плоских стоячих волн, сферических волн или плоских бегущих волн Можно сказать, что полное поле в кубе состоит из кулоновского поля, ответственного за мгновенное взаимодействие зарядов по закону и поля, связанного с поперечными волнами. Кулоновскоевзаимодействие можно включить непосредственно в уравнение Шредингера. Формализм теории основан на уравнениях Максвелла, записанных в гамильтоновой форме, операторах поля и т. д.

Метод Ферми приводит к расходящемуся выражению для собственной энергии Соответствующим выбором системы координат эту расходимость можно устранить, но тогда возникает расходимость от поперечных волн (интерпретация, которой является менее простой). Эта трудность теории составляет одну из центральных проблем современной квантовой электродинамики.