Квантна електродинамика

Квантна електродинамика (QED, од англиското име Quantum electrodynamics) — комплексна и математички многу сложена теорија која ја опишува интеракцијата на светлината (фотоните) и материјата (првенствено електроните, но и сите други наелектризирани честички кои имаат спин 1/2, како на пр. мионите) ^{[1] :3563 [2]} Квантната електродинамика е дефинирана како релативистичка квантна теорија на полето на електродинамиката ^{[3] :vii} Квантната електродинамика е компатибилна со посебната теорија на релативноста и ги опишува сите појави освен појавите поврзани со општата теорија на релативноста и радиоактивните распаѓања.^{[1] :3563}

Интеракциии во квантната електродинамика често се прикажуваат шематски со Фајнманови дијаграми

Пол Дирак

Ханс Бете

Фајнман (во средината) и Опенхајмер (десно) во Лос Аламос.

Развој

Во првата половина на 20 век, физичарите се обиделе да ја усогласат Максвеловата електродинамика со новитетите што ги носи квантната теорија и специјалната теорија на релативноста. Пол Дирак, Вернер Хајзенберг и Волфганг Паули дале значаен придонес во развојот на математичкиот апарат на квантната електродинамика во годините пред Втората светска војна. Првата формулација на квантната теорија што го опишува зрачењето и интеракцијата на материјата е дело на британскиот научник Пол Дирак, кој во текот на 1920-тите успеал да го пресмета коефициентот на спонтана емисија на атоми ^[4] Дирак ја опишал квантизацијата на електромагнетното поле како ансамбл од хармониски осцилатори со воведување на концептот на оператори за создавање и уништување честички. Во следните години, со придонесите на Волфганг Паули, Јуџин Вигнер, Паскал Јордан, Вернер Хајзенберг и елегантната формулација на квантната електродинамика од Енрике Ферми,^[5] физичарите почнале да веруваат дека во начело би било можно да се извршат пресметки за кој бил физички процес во кој учествуваат фотони и наелектризирани честички.

Сепак, понатамошните проучувања на Феликс Блох со Арнолд Нордсик,^[6] и Виктор Вајскопф,^[7] во 1937 и во 1939 година покажале дека таквите пресметки се сигурни само за пертурбациска теорија од прв ред, проблем веќе истакнат од Роберт Опенхајмер.^[8] При повисоки редови во низата, се појавиле бесконечности, што ги направиле безначајни ваквите пресметки и фрлале сериозни сомневања за внатрешната конзистентност на самата теорија. Во отсуство на решение за тој проблем во тоа време, се чинело дека постои фундаментална некомпатибилност помеѓу специјалната релативност и квантната механика. По воведувањето на процесот на ренормализација, со кој се елиминираат овие бесконечно мали, како и други придонеси на научниците како Ричард Фајнман, Јулијан Швингер и Шиничиро Томонага, квантната електродинамика станала далеку подоверлива.^{[1] :3563}

Квантната електродинамика била особено револуционерна во теоретската физика благодарение на методите што ги користела - наместо механицистички пристап, соодветните веројатности се пресметуваат во комбинација со квантните својства на субатомските честички.^{[1] :3564} По откривањето на кварковите, глуоните и другите субатомски честички, квантната електродинамика станала исклучително важна во опишувањето на структурата, својствата и реакциите меѓу овие честички, што на крајот ја направило една од најточните, најпрецизните и најдобро тестираните физички теории.^{[1] :3564}

Виртуелни фотони

Квантната електродинамика ја опишува интеракцијата помеѓу наелектризираните честички како размена на виртуелни фотони. Бидејќи наелектризираната честичка емитира или апсорбира виртуелни фотони, таа ја менува својата брзина (правец, насока и/или интензитет). Виртуелните фотони (како и другите виртуелни честички) не можат непосредно да се испитаат, туку се анализираат само преку нивните ефекти. Виртуелните фотони најдобро се опишуваат со соодветна математичка алатка.^{[1] :3564}

Фајнманови дијаграми

Одбивање на два електрона прикажано со Фајнманов дијаграм

Фајнмановите дијаграми се помош за претставување на интеракциите во квантната електродинамика во просторот и времето. Како по правило, времето е прикажано на апсцисата и тече од левата кон десната страна на дијаграмот. Движењето на честичките е шематски прикажано на ординатата. Во секој јазол важат законите за зачувување на енергијата и моментот на импулс.^{[1] :1713-1715}

Поврзано

• Квантна теорија на поле
• Пол Дирак
• Ханс Бете
• Ричард Фајнман

Наводи

1. K. Lee Lerner, Brenda Wilmoth Lerner (уред.). The Gale Encyclopaedia of Science (англиски) (4. изд.). Farmington Hills: The Gale Group. ISBN 978-1-4144-2877-2.
2. Michele Maggiore. A Modern Introduction to Quantum Field Theory (4. изд.). Chippenham: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-852073-3.
3. Maggiore, Michele. Basics of Quantum Electrodynamics (4. изд.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-19-852073-3.
4. P.A.M. Dirac (1927). „The Quantum Theory of the Emission and Absorption of Radiation“. Proceedings of the Royal Society of London A. 114 (767): 243–65. Bibcode:1927RSPSA.114..243D. doi:10.1098/rspa.1927.0039.
5. Fermi, E. (1932). „Quantum Theory of Radiation“. Reviews of Modern Physics. 4: 87–132. Bibcode:1932RvMP....4...87F. doi:10.1103/RevModPhys.4.87.
6. Bloch, F.; Nordsieck, A. (1937). „Note on the Radiation Field of the Electron“. Physical Review. 52 (2): 54–59. Bibcode:1937PhRv...52...54B. doi:10.1103/PhysRev.52.54.
7. Weisskopf, V. F. (1939). „On the Self-Energy and the Electromagnetic Field of the Electron“. Physical Review. 56: 72–85. Bibcode:1939PhRv...56...72W. doi:10.1103/PhysRev.56.72.
8. Oppenheimer, R. (1930). „Note on the Theory of the Interaction of Field and Matter“. Physical Review. 35 (5): 461–77. Bibcode:1930PhRv...35..461O. doi:10.1103/PhysRev.35.461.

Литература

• Maggiore, Michele. Basics of Quantum Electrodynamics (4. изд.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-19-852073-3.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Michele Maggiore. A Modern Introduction to Quantum Field Theory (4. изд.). Chippenham: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-852073-3.CS1-одржување: ref=harv (link)
• K. Lee Lerner, Brenda Wilmoth Lerner (уред.). The Gale Encyclopaedia of Science (англиски) (4. изд.). Farmington Hills: The Gale Group. ISBN 978-1-4144-2877-2.CS1-одржување: ref=harv (link)
• De Broglie, Louis (1925). Recherches sur la theorie des quanta [Research on quantum theory]. France: Wiley-Interscience.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Feynman, Richard Phillips (1998). Quantum Electrodynamics (New. изд.). Westview Press. ISBN 978-0-201-36075-2.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Jauch, J.M.; Rohrlich, F. (1980). The Theory of Photons and Electrons. Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-07295-1.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Greiner, Walter; Bromley, D.A.; Müller, Berndt (2000). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. ISBN 978-3-540-67672-0.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Kane, Gordon, L. (1993). Modern Elementary Particle Physics. Westview Press. ISBN 978-0-201-62460-1.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Miller, Arthur I. (1995). Early Quantum Electrodynamics: A Sourcebook. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-56891-3.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Milonni, Peter W. (1994). The Quantum Vacuum: An Introduction to Quantum Electrodynamics. Boston: Academic Press. ISBN 978-0-12-498080-8. LCCN 93029780. OCLC 422797902.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Schweber, Silvan S. (1994). QED and the Men Who Made It. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-03327-3.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Schwinger, Julian (1958). Selected Papers on Quantum Electrodynamics. Dover Publications. ISBN 978-0-486-60444-2.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Tannoudji-Cohen, Claude; Dupont-Roc, Jacques; Grynberg, Gilbert (1997). Photons and Atoms: Introduction to Quantum Electrodynamics. Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-18433-1.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Dudley, J.M.; Kwan, A.M. (1996). „Richard Feynman's popular lectures on quantum electrodynamics: The 1979 Robb Lectures at Auckland University“. American Journal of Physics. 64 (6): 694–98. Bibcode:1996AmJPh..64..694D. doi:10.1119/1.18234.
• Bacciagaluppi, Guido; Valentini, Antony (2009), Quantum theory at the crossroads: reconsidering the 1927 Solvay conference, Cambridge, UK: Cambridge University Press, стр. 9184, arXiv:quant-ph/0609184, Bibcode:2006quant.ph..9184B, ISBN 978-0-521-81421-8, OCLC 227191829
• Bernstein, Jeremy (2009), Quantum Leaps, Cambridge, Massachusetts: Belknap Press of Harvard University Press, ISBN 978-0-674-03541-6
• Cramer, JG (2015). The Quantum Handshake: Entanglement, Nonlocality and Transactions. Springer Verlag. ISBN 978-3-319-24642-0.
• Greenberger, Daniel, Hentschel, Klaus, Weinert, Friedel (Eds.) Compendium of Quantum Physics. Concepts, Experiments, History and Philosophy, New York: Springer, 2009. ISBN 978-3-540-70626-7.
• Jammer, Max (1966), The conceptual development of quantum mechanics, New York: McGraw-Hill, OCLC 534562
• Max Jammer (1974), The philosophy of quantum mechanics: The interpretations of quantum mechanics in historical perspective, New York: Wiley, ISBN 0-471-43958-4, OCLC 969760
• F. Bayen, M. Flato, C. Fronsdal, A. Lichnerowicz and D. Sternheimer, Deformation theory and quantization I,and II, Ann. Phys. (N.Y.), 111 (1978) pp. 61–151.
• D. Cohen, An Introduction to Hilbert Space and Quantum Logic, Springer-Verlag, 1989. This is a thorough and well-illustrated introduction.
• Finkelstein, D. (1969), „Matter, Space and Logic“, Boston Studies in the Philosophy of Science, Boston Studies in the Philosophy of Science, V: 1969, doi:10.1007/978-94-010-3381-7_4, ISBN 978-94-010-3383-1.
• A. Gleason. Measures on the Closed Subspaces of a Hilbert Space, Journal of Mathematics and Mechanics, 1957.
• R. Kadison. Isometries of Operator Algebras, Annals of Mathematics, Vol. 54, pp. 325–38, 1951
• G. Ludwig. Foundations of Quantum Mechanics, Springer-Verlag, 1983.
• G. Mackey. Mathematical Foundations of Quantum Mechanics, W. A. Benjamin, 1963 (paperback reprint by Dover 2004).
• R. Omnès. Understanding Quantum Mechanics, Princeton University Press, 1999. (Discusses logical and philosophical issues of quantum mechanics, with careful attention to the history of the subject).
• N. Papanikolaou. Reasoning Formally About Quantum Systems: An Overview, ACM SIGACT News, 36(3), pp. 51–66, 2005.
• C. Piron. Foundations of Quantum Physics, W. A. Benjamin, 1976.
• Hermann Weyl. The Theory of Groups and Quantum Mechanics, Dover Publications, 1950.
• A. Whitaker. The New Quantum Age: From Bell's Theorem to Quantum Computation and Teleportation, Oxford University Press, 2011, ISBN 978-0-19-958913-5
• Stephen Hawking. The Dreams that Stuff is Made of, Running Press, 2011, ISBN 978-0-76-243434-3
• A. Douglas Stone. Einstein and the Quantum, the Quest of the Valiant Swabian, Princeton University Press, 2006.
• Richard P. Feynman. QED: The Strange Theory of Light and Matter. Princeton University Press, 2006. Print.
• Pais, Abraham; Inward Bound – Of Matter & Forces in the Physical World, Oxford University Press (1986) ISBN 0-19-851997-4. Written by a former Einstein assistant at Princeton, this is a beautiful detailed history of modern fundamental physics, from 1895 (discovery of X-rays) to 1983 (discovery of vectors bosons at CERN).
• Richard Feynman; Lecture Notes in Physics. Princeton University Press: Princeton (1986).
• Richard Feynman; QED. Princeton University Press: Princeton (1982).
• Weinberg, Steven; The Quantum Theory of Fields - Foundations (vol. I), Cambridge University Press (1995) ISBN 0-521-55001-7 The first chapter (pp. 1–40) of Weinberg's monumental treatise gives a brief history of Q.F.T., p. 608.
• Weinberg, Steven; The Quantum Theory of Fields - Modern Applications (vol. II), Cambridge University Press:Cambridge, U.K. (1996) ISBN 0-521-55001-7, pp. 489.
• Weinberg, Steven; The Quantum Theory of Fields – Supersymmetry (vol. III), Cambridge University Press:Cambridge, U.K. (2000) ISBN 0-521-55002-5, pp. 419.
• Schweber, Silvan S.; QED and the men who made it: Dyson, Feynman, Schwinger, and Tomonaga, Princeton University Press (1994) ISBN 0-691-03327-7
• Ynduráin, Francisco José; Quantum Chromodynamics: An Introduction to the Theory of Quarks and Gluons, Springer Verlag, New York, 1983. ISBN 0-387-11752-0
• Miller, Arthur I.; Early Quantum Electrodynamics : A Sourcebook, Cambridge University Press (1995) ISBN 0-521-56891-9
• Schwinger, Julian; Selected Papers on Quantum Electrodynamics, Dover Publications, Inc. (1958) ISBN 0-486-60444-6
• O'Raifeartaigh, Lochlainn; The Dawning of Gauge Theory, Princeton University Press (May 5, 1997) ISBN 0-691-02977-6
• Cao, Tian Yu; Conceptual Developments of 20th Century Field Theories, Cambridge University Press (1997) ISBN 0-521-63420-2
• Darrigol, Olivier; La genèse du concept de champ quantique, Annales de Physique (France) 9 (1984) pp. 433–501. Text in French, adapted from the author's Ph.D. thesis.

Надворешни врски

• Квантна електродинамика на Ризницата ^?