교환력

Exchange force

물리학에서 교환력이라는 용어는 혼동해서는 안 되는 두 가지 뚜렷한 개념을 설명하기 위해 사용되어 왔다.

입자물리학에서 힘 전달체의 교환

주요 기사:포스 캐리어

교환력의 선호되는 의미는 입자물리학에 있는데, 여기서 전자간 광자 교환에 의해 발생하는 전자기력, 쿼크간 글루온 교환에 의해 발생하는 강한 힘 등 힘 전달 입자의 교환에 의해 발생하는 힘을 나타낸다.[1][2][3]교환력의 개념은 상호작용을 동반하고 힘을 전달하는 가상 입자의 지속적인 교환을 의미하며, 하이젠베르크 불확실성 원리를 통해 그 작동 정당성을 받는 과정이다.[4]

이러한 개념으로 힘의 운용을 다음과 같은 상황과 유사하다고 생각할 수 있다.두 사람이 얼음 연못 위에 서 있다.한 사람은 팔을 움직이며 뒤로 밀리고, 잠시 후 다른 사람은 보이지 않는 물체를 움켜쥐고 뒤로 몰린다(거절된다).농구를 볼 수 없더라도 한 사람이 농구를 상대방에게 던진 것은 사람들에게 미치는 영향을 보기 때문이라고 추측할 수 있다.ANIMION 또 다른 조잡한 비유는 얼음 연못에서 서로 부메랑을 던지는 두 사람이 종종 거부감 대신 매력을 설명하기 위해 종종 사용된다.부메랑은 포수로부터 던져졌지만 투수의 방향에서 포수 쪽으로 원을 그리는데 투수와 포수 모두 투구와 포수의 동작에 의해 서로를 향해 충동적으로 움직인다.

물질 입자에 영향을 미치는 모든 상호작용은 다른 종류의 입자인 힘 전달 입자의 교환과 관련된 것으로 생각할 수 있다.[5]이러한 입자들은 물질 입자 사이에 던져진 농구공과 다소 유사하게 생각할 수 있다.우리가 보통 "강제"라고 생각하는 것은 실제로 힘 전달 입자가 물질 입자에 미치는 영향이다.농구 애니메이션은 물론 혐오스러운 힘만을 설명할 수 있고 입자를 교환하는 것이 어떻게 매력적인 힘으로 귀결될 수 있는지에 대한 암시를 주지 않기 때문에 매우 조잡한 비유다.우리는 일상 생활에서 매력적인 힘의 예(자석이나 중력 등)를 볼 수 있기 때문에 일반적으로 어떤 물체의 존재는 단지 다른 물체에 영향을 줄 수 있다는 것을 당연하게 여긴다.보이지 않는 힘이 힘 전달 입자의 교환이 될 수 있다는 것을 제안하는 것은 "어떻게 두 물체가 건드리지 않고 서로 영향을 미칠 수 있는가"라는 더 깊은 물음에 접근할 때다.입자 물리학자들은 이러한 힘 전달 입자의 교환에 의해 믿을 수 없을 정도로 정밀하게 작용하는 한 입자의 힘을 설명할 수 있다는 것을 발견했다.힘 전달체에 대해 알아야 할 한 가지 중요한 것은 특정한 힘 전달 입자는 그 특정한 힘에 의해 영향을 받는 물질 입자에 의해서만 흡수되거나 생성될 수 있다는 것이다.예를 들어, 전자와 양자는 전하를 가지고 있기 때문에 그들은 전자기력 전달체인 광자를 생산하고 흡수할 수 있다.반면 중성미자는 전하가 없어 광자를 흡수하거나 생산할 수 없다.

역사

상호작용이라는 용어의 가장 초기 사용의 하나는 1913년 닐스 보어의 음전자와 양핵의 상호작용에 대한 토론에서였다.[6]교환군은 결합 에너지와 핵 밀도의 포화도를 설명하기 위해 베르너 하이젠베르크(1932년)와 에토레 마요르아나(1933)에 의해 도입되었다.[7][8]이것은 수소 분자 내 두 수소 원자 사이에 존재하는 것과 같이 공밸런트 결합의 양자역학 이론과 유사하게 수행되었는데, 이 점에서 파동 함수가 전자의 좌표 교환에 따라 대칭이고, 파동 함수가 반대칭이면 반발하는 경우 화학력이 매력적이다.[9]

교환 상호작용 및 양자 상태 대칭

주요 기사:교환 상호작용

또 다른, 완전히 구별되는 교환력의 의미로서, 입자의 정체성, 교환 대칭성, 정전력의 조합에서 발생하는 전자들 사이의 교환 상호작용의 동의어로 쓰이기도[10] 한다.

교환 상호작용의 개념을 설명하기 위해서는 예를 들어 우주에서 어떤 두 개의 전자라도 분간할 수 없는 입자로 간주되므로, 3차원의 양자역학에 따르면 모든 입자는 보손이나 페르미온처럼 행동해야 한다.전자의 경우, 두 개(또는 그 이상의) 입자가 동일한 양자 상태를 점유할 수 있고, 이는 유인력의 형태로 그들 사이의 교환 상호작용을 초래한다. 후자의 경우, 입자는 Pauli 배제 원칙에 따라 동일한 상태를 점유할 수 없다.양자장 이론에서 스핀-통계학적 정리는 반정수의 스핀을 가진 모든 입자가 페르미온으로, 정수의 스핀을 가진 모든 입자가 보손처럼 행동할 것을 요구한다.따라서, 모든 전자는 1/2 회전하기 때문에 페르미온이라는 것이 그렇게 일어난다.

수학적 결과 페르미온은 파동 기능이 겹칠 때 강한 거부감을 나타내지만 보손은 매력을 나타낸다.이러한 거부감이 거래소 상호 작용 모델이다.페르미 반발은 페르미온의 "긴장"을 초래한다.그것이 원자 물질이 만지기에는 "긴장" 또는 "긴장"인 이유다.전자의 파동 기능이 겹치는 곳에서 파울리 반발력이 일어난다.양자와 중성자의 질량이 크기 때문에 중량이 전자보다 훨씬 큰 양자와 중성자의 경우도 마찬가지다.

참고 항목

참조

  1. ^ Jaeger, Gregg (2021). "Exchange Forces in Particle Physics". Foundations of Physics. 51 (1): 1–31. doi:10.1007/s10701-021-00425-0. ISSN 0015-9018.
  2. ^ Gribbin, John (2000). Encyclopedia of Particle Physics. Simon & Schuster. ISBN 0-684-86315-4.
  3. ^ 2007년 6월 2일 조지아 주립대학의 하이퍼물리학 교류군(Exchange Force, HyperPhysics)이 접속했다.
  4. ^ Falkoff, David (1950). "Exchange Forces". American Journal of Physics. 18 (1): 30–38. Bibcode:1950AmJPh..18...30F. doi:10.1119/1.1932489.
  5. ^ Jaeger, Gregg (2019). "Are virtual particles less real?" (PDF). Entropy. 21 (2): 141. Bibcode:2019Entrp..21..141J. doi:10.3390/e21020141. PMC 7514619.
  6. ^ Niels Bohr (1913). "On the Constitution of Atoms and Molecules (Part 1 of 3)". Philosophical Magazine. 26: 1–25. Bibcode:1913PMag...26....1B. doi:10.1080/14786441308634955. Archived from the original on 2007-07-04.
  7. ^ Heisenberg, W. (1932). "Über den Bau der Atomkerne. I". Zeitschrift für Physik. 77 (1–2): 1–11. Bibcode:1932ZPhy...77....1H. doi:10.1007/BF01342433. S2CID 186218053.
  8. ^ Majoranan, Ettore (1933). "Uber die Kerntheorie". Zeitschrift für Physik. 82 (3–4): 137–145. Bibcode:1933ZPhy...82..137M. doi:10.1007/BF01341484. S2CID 120511902.
  9. ^ Jammer, Max (1957). Concepts of Force. Dover Publications, Inc. ISBN 0-486-40689-X.
  10. ^ 예를 들어, 87–88 페이지, 추진력: 자석의 자연 마법, 제임스 D.리빙스턴, 하버드 대학 출판부, 1996.ISBN 0-674-21645-8

외부 링크