양자론Quantum Theory

양자론Quantum Theory

양자론은 입자를 생성하고 붕괴시키며 어느 곳에나 존재하는 영원한 대상에 기초를 둔다. 이 대상이 양자장이론의 장이다. 양자장quantum field은 기본입자들을 만들거나 흡수해버린다. 양자장이론에 따르면 입자들은 어디에서나 또 언제나 만들어지며 또한 파괴된다. 예를 들면 공간 어디에서든 전자나 광자가 나타날 수도 사라질 수도 있다. 양자반응은 입자의 생성과 붕괴과정을 통해 우주에 존재하는 하전입자charged particle(전자･이온･양성자 등 전하를 띠는 입자)의 개수가 변하는 것을 허용한다. 하지만 반응 전후의 전하량은 늘 동일하다. 각각의 입자는 각각 특정한 장에서 생성될 수도 소멸될 수도 있다. 양자장이론에서는 전자기력뿐만 아니라 모든 힘과 상호작용이 장으로 기술되며, 장은 새로운 입자를 창출하거나 이미 존재하는 입자를 제거할 수 있다. 양자장이론에 다르면 입자는 양자장이 들뜬 상태이다. 입자가 없는 상태인 진공에서는 상수의 장만 생성되는 데 반해 입자가 있는 상태에서는 입자에 해당하는 혹과 기복이 있는 장이 생긴다. 장에 혹이 생기면 입자가 만들어지고, 장이 혹을 흡수해 다시 상수상태가 되면 입자가 소멸한다.

전자와 광자를 만들어내는 장은 모든 곳에 존재해야만 한다. 모든 상호작용이 시공간상의 모든 지점에서 일어나야 하기 때문이다. 전자기 상호작용은 직접 접촉하지 않고 서로 떨어져있는 전하들 사이에서 일어나지만, 이런 상호작용은 하전입자 양쪽 모두와 직접 접촉할 수 있는 광자 같은 입자들의 도움을 받아야 가능하다. 이 경우 전하들이 서로 순간적으로 영향을 주고받는 것처럼 보이나 이는 빛의 속도가 빠르기 때문에 그렇게 보이는 것뿐이다. 먼저 한 입자가 광자와 접촉하고, 이 광자가 다시 다른 입자와 접촉한다. 따라서 장은 하전입자가 있는 바로 그 위치에서 광자를 만들어냈다가 소멸시켜야만 한다.