Чип Себенс — «Исчезновение и повторное появление потенциальной энергии в электродинамике»

Доклад Чипа Себенса (Калифорнийский технологический институт) Сайт семинара: https://harvardfop.jacobbarandes.com/ Канал YouTube: https://www.youtube.com/channel/UCPRe-yID_EaQwvCZM7hU9Hw Серия семинаров «Основы физики» в Гарварде 26 июля 2022 г. Аннотация: В электростатике для обеспечения сохранения энергии можно использовать либо потенциальную энергию, либо энергию поля. В полной электродинамике первый вариант недоступен. Для обеспечения сохранения энергии необходимо приписать энергию электромагнитному полю и, в частности, электромагнитному излучению. Теорема Пойнтинга показывает, что изменения энергии электромагнитного поля уравновешивают работу, совершаемую полем над материей, и, следовательно, энергия сохраняется в электромагнитных взаимодействиях. На этом этапе потенциальная энергия, кажется, исчезает. Однако более внимательное рассмотрение электродинамики показывает, что этот вывод на самом деле зависит от типа рассматриваемой материи. Хотя мы не можем обойтись без приписывания энергии электромагнитному полю, материя всё же может обладать электромагнитной потенциальной энергией. Действительно, если мы представим материю в виде поля Дирака (в классическом предшественнике квантовой электродинамики), то она будет обладать потенциальной энергией. Таким образом, потенциальная энергия появляется снова. При квантовании поля потенциальная энергия поля Дирака становится членом взаимодействия в гамильтониане квантовой электродинамики. Этот анализ энергии в классической и квантовой теориях поля закладывает основу для обсуждения загадки самовзаимодействия. В классической электродинамике электрон можно смоделировать как распределенное распределение энергии и заряда в поле Дирака. Эта классическая модель электрона позволяет избежать некоторых проблем самовзаимодействия, с которыми сталкиваются модели точечных зарядов. Однако электрон будет испытывать самоотталкивание. Это самоотталкивание нельзя устранить в рамках классической теории поля без потери кулоновского взаимодействия между различными частицами. Однако самоотталкивание электронов можно исключить из квантовой электродинамики в кулоновской калибровке путем полного упорядочивания кулоновского члена в гамильтониане по нормальным координатам. После упорядочивания по нормальным координатам кулоновский член содержит части, описывающие притяжение и отталкивание между различными частицами, а также части, описывающие создание и уничтожение частиц, но не содержит частей, описывающих самоотталкивание.