Vad var den första SF-historien som innehöll en kvantanomali?

7

Det här är en fråga om science fiction, men det handlar om en mycket speciell del av fysiken. Jag kommer att ge en detaljerad bakgrund innan jag kommer till ett exakt uttalande av min fråga.

Paul Dirac utvecklade 1928 en relativistisk kvantteori av elektroner , där det fanns både positiva och negativa energilösningstillstånd . Det noterades snabbt att detta verkade skapa alla slags problem för teorin, med elektroner som kan falla från positiva till negativa energiländer, frigör spontant en stor mängd energi i processen.

Så i 1929 Dirac raffinerade sin teori genom att ange att alla negativa energistater normalt fylldes. Wolfgang Pauli hade tidigare föreslagit Pauli Exclusions Principle för att förklara spektra av atomer; Principen uppgav att två elektroner aldrig kunde vara i samma tillstånd. Så, Diracs modifierade teori var att alla de negativa energistaten var fyllda, så att de inte var tillgängliga som de sista tillstånden för elektronövergångar. Detta ledde direkt till förutsägelsen av antimateriets existens; positrons eller anti-elektroner var "hål" i det fyllda havet av negativa energitillstånd.

Eftersom de fyllda negativa energitillstånden är oändliga i antal uppstår emellertid problem. Hilberts hotellparadox visade hur ett hotell med ett oändligt antal fyllda rum fortfarande kunde rymma ett ändlöst eller till och med oändligt antal nya gäster. (Matematiker Richard Dedekind visade att denna egenskap faktiskt var ett ganska rimligt sätt att definiera ett oändligt uppsättning .)

I John W. Campbell, Jr.s novel från 1939 "Cloak of Aesir" (den andra delen av "Aesirs historia") föreslog författaren att genom att jonglera runt omkring det oändliga antalet negativa energistater som Dirac hade identifierat, skulle det kunna skapas att absorbera energi ur ingenting. Det som var imponerande var att det här ligger mycket nära ett verkligt fysiskt fenomen. Förekomsten av denna oändlighet av kvanttillstånd leder till brott mot vissa bevarandelagar.

I realistiska (3 + 1) -dimensionella kvantfältteorier påverkas energibesparingen inte av dessa effekter, det finns fler exotiska klassiska bevarandelover som bryts. Detta var upptäckt 1969 av Stephen Adler, John Bell och Roman Jackiw, som märkte att nedbrytningen av neutrala pioner inte verkar vara förenlig med bevarande av en viss kvantitet känd som den axiella vektorns (eller chirala) strömmen. Detta är känt som en kvantanomali.

Detaljerna om de anomalier som uppstår i kvantfältteorierna är inget som de Campbell skrev om. Den väsentliga tanken, att bevarande lagar kunde brytas genom att tillgripa det oändliga havet av negativa energistater var korrekt. Vad jag är nyfiken på är om denna idé var helt original för Campbell, eller om det hade föreslagits i någon annan science fiction mellan 1929 och 1939.

    
uppsättning Buzz 17.10.2017 19:59

0 svar