Czy pozyton cofa się w czasie?

Pytanie

Pyta Adam stákala

Czy pozyton cofa się w czasie?

Odpowiedź

Odpowiada Piotr Masajada

Pozyton jest antycząstką elektronu, zwany jest też antyelektronem. Istnienie takiej cząstki wynika z relatywistycznej mechaniki kwantowej. Jeżeli myślimy o mechanice kwantowej to zazwyczaj przychodzi nam na myśl równanie Schroedingera, które jest jednym z najbardziej znanych równań fizyki. Jednakże ma ono swoje ograniczenia – jest ono tylko przybliżeniem nierelatywistycznym, czyli może być stosowane dla cząstek poruszających się znacznie wolniej niż światło. Dla cząstek z prędkościami zbliżonymi do prędkości światła, na przykład pół prędkości światła, musimy stosować tzw. równanie Kleina-Gordona. Jest ono relatywistycznym uogólnieniem równania Schrodingera.

Rozwiązując równanie Kleina-Gordona możemy znaleźć energię cząstki. Jest ona dana przez zależność $E=\pm c\sqrt{p^{2}+(mc)^{2}}$, gdzie $p$ to pęd cząstki, a $m$ to jej masa. Jak widać, mamy tutaj dwie możliwości. W pierwszej z nich energia cząstki jest dodatnia, w drugiej natomiast ujemna. Ujemna energia przysparzała wielu problemów interpretacyjnych. Zanim przejdziemy do rozwiązania problemu ujemnej energii zobaczmy co równanie Kleina-Gordona mówi nam o funkcji opisującej właściwości cząstki. Jest ona dana zależnością: $\phi(x)=e^{-i(Et-px)}$. Jak widać, mamy tutaj iloczyn energii $E$ i czasu $t$. Richard Feynman zaproponował aby minus zinterpretować jako stojący przy energii $E$ ale przy czasie $t$. Otrzymujemy wtedy, dla ujemnego rozwiązania energetycznego: $\phi(x)=e^{-i(E(-t)-px)}.$ Interpretacja minusa przy czasie jest taka, że cząstka cofa się w czasie.

Podsumowując, aby relatywistyczna teoria kwantów była spójna, antycząstki, w tym pozytony, muszą poruszać się w czasie w przeciwną stronę niż związane z nimi cząstki. Dlatego mówimy, że antycząstki cofają się w czasie.