Введение

Теория поглощения Уиллера — Фейнмана (также называемая теорией временной симметрии Уиллера — Фейнмана), названная в честь ее создателей, физиков Ричарда Фейнмана и Джона Арчибальда Уиллера, — это теория электродинамики, основанная на релятивистски корректном обобщении принципа действия на расстоянии для электронных частиц. Теория не постулирует существование независимого электромагнитного поля. Вместо этого, вся теория заключена в лоренц-инвариантное действие, определяемое через траектории частиц как

где теория поглощения инвариантна относительно преобразования времени, что согласуется с отсутствием каких-либо физических оснований для нарушения симметрии времени на микроскопическом уровне. Другой ключевой принцип, вытекающий из этой интерпретации и в некоторой степени напоминающий принцип Маха и работы Уго Тетрода, заключается в том, что элементарные частицы не взаимодействуют сами с собой. Это немедленно устраняет проблему самоэнергии электрона, приводящую к бесконечности в энергии электромагнитного поля.

Мотивация

Уиллер и Фейнман начинают с замечания, что классическая теория электромагнитного поля была разработана до открытия электронов: в этой теории заряд рассматривается как непрерывная субстанция. Электронная частица не согласуется с этой теорией: должен ли точечный заряд испытывать влияние своего собственного поля? Они вновь рассматривают фундаментальную проблему совокупности точечных зарядов, опираясь на теорию действия на расстоянии без поля, разработанную независимо Карлом Шварцшильдом, Хьюго Тетроде и Адрианом Фокером. В отличие от теорий мгновенного действия на расстоянии начала XIX века, эти теории "прямого взаимодействия" основаны на распространении взаимодействия со скоростью света. Они отличаются от классической теории поля тремя аспектами: 1) не постулируется существование независимого поля; 2) точечные заряды не воздействуют на самих себя; 3) уравнения обладают временной симметрией. Уиллер и Фейнман предлагают развить эти уравнения в релятивистски корректное обобщение электромагнетизма, основанное на ньютоновской механике.

Проблемы с предыдущими теориями прямого взаимодействия

Работа Тетрода-Фоккера оставила нерешенными две основные проблемы. Во-первых, в теории, отрицающей мгновенное действие на расстоянии, принцип равного действия и противодействия из законов Ньютона противоречит принципу причинности. Если действие распространяется во времени вперед, то реакция неизбежно распространялась бы во времени назад. Во-вторых, существующие объяснения силы реакции излучения или радиационного сопротивления основывались на взаимодействии ускоряющихся электронов с собственным полем; модели непосредственного взаимодействия явно исключают самодействие.

Поглотитель и устойчивость к излучению

Уиллер и Фейнман постулируют "вселенную" всех остальных электронов как поглотитель излучения, чтобы решить эти проблемы и расширить теории прямого взаимодействия. Вместо рассмотрения нефизического изолированного точечного заряда, они моделируют все заряды во Вселенной как равномерный поглотитель в оболочке вокруг заряда. Когда заряд движется относительно поглотителя, он излучает в поглотитель, который "оказывает сопротивление", вызывая сопротивление излучению. Уиллер и Фейнман утверждали, что термодинамика определяет наблюдаемое направление; также были предложены космологические механизмы отбора в контексте общей теории относительности. Эта модель до сих пор существует, несмотря на недавние астрономические наблюдения, которые поставили под сомнение теорию. Стивен Хокинг критиковал оригинальную теорию Хойла и Нарликара, полагая, что опережающие волны, уходящие в бесконечность, приведут к расходимости, что и произошло бы, если бы Вселенная только расширялась.

Транзакционная интерпретация квантовой механики

Опять же, вдохновленная теорией поглотителей Уилера — Фейнмана, транзакционная интерпретация квантовой механики (TIQM), впервые предложенная Джоном Г. Крамером в 1986 году, описывает квантовые взаимодействия как стоячую волну, формирующуюся из запаздывающих (движущихся вперед во времени) и опережающих (движущихся назад во времени) волн. Крамер утверждает, что она позволяет избежать философских проблем, связанных с копенгагенской интерпретацией и ролью наблюдателя, и разрешает различные квантовые парадоксы, такие как квантовая нелокальность, квантовая запутанность и ретрокаузальность.

Связь с квантовой теорией поля

Эта универсальная теория абсорбера упоминается в главе под названием «Умы монстров» в автобиографической работе Фейнмана «Вы шутите, мистер Фейнман!» и в томе II лекций по физике Фейнмана. Она привела к формулированию структуры квантовой механики, в которой в качестве отправных точек используются лагранжиан и действие, а не гамильтониан, а именно формулировка с использованием интегралов по траекториям Фейнмана, которая оказалась полезной в самых ранних расчетах Фейнмана в квантовой электродинамике и квантовой теории поля в целом. Как запаздывающие, так и опережающие поля проявляются соответственно в виде запаздывающих и опережающих пропагаторов, а также в пропагаторе Фейнмана и пропагаторе Дайсона. Если оглянуться назад, связь между запаздывающими и опережающими потенциалами, показанная здесь, не кажется столь удивительной, учитывая тот факт, что в квантовой теории поля опережающий пропагатор можно получить из запаздывающего, поменяв местами источник поля и пробную частицу (обычно в ядре формализма функции Грина). В квантовой теории поля опережающие и запаздывающие поля рассматриваются просто как математические решения уравнений Максвелла, комбинации которых определяются граничными условиями.