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) Квантната електродинамика е дефинирана како релативистичка квантна теорија на полето на електродинамиката 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.

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 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, 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, и Виктор Вајскопф, 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. 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.

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. 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.

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.

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.

Поврзано

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

Литература

• Maggiore, Michele (2005). Basics of Quantum Electrodynamics (4. изд.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-19-852073-3.
• Michele Maggiore (2005). A Modern Introduction to Quantum Field Theory (4. изд.). Chippenham: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-852073-3.
• K. Lee Lerner, Brenda Wilmoth Lerner, уред. (2008). The Gale Encyclopaedia of Science (англиски) (4. изд.). Farmington Hills: The Gale Group. ISBN 978-1-4144-2877-2.
• De Broglie, Louis (1925). Recherches sur la theorie des quanta [Research on quantum theory]. France: Wiley-Interscience.
• Feynman, Richard Phillips (1998). Quantum Electrodynamics (New. изд.). Westview Press. ISBN 978-0-201-36075-2.
• Jauch, J.M.; Rohrlich, F. (1980). The Theory of Photons and Electrons. Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-07295-1.
• Greiner, Walter; Bromley, D.A.; Müller, Berndt (2000). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. ISBN 978-3-540-67672-0.
• Kane, Gordon, L. (1993). Modern Elementary Particle Physics. Westview Press. ISBN 978-0-201-62460-1.
• Miller, Arthur I. (1995). Early Quantum Electrodynamics: A Sourcebook. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-56891-3.
• 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.
• Schweber, Silvan S. (1994). QED and the Men Who Made It. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-03327-3.
• Schwinger, Julian (1958). Selected Papers on Quantum Electrodynamics. Dover Publications. ISBN 978-0-486-60444-2.
• Tannoudji-Cohen, Claude; Dupont-Roc, Jacques; Grynberg, Gilbert (1997). Photons and Atoms: Introduction to Quantum Electrodynamics. Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-18433-1.
• 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, V, стр. 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 ^?