Квантна електродинамика

Квантна електродинамика (QED, од енглеског назива Quantum electrodynamics) је комплексна и математички врло сложена теорија која се описује интеракцију светлости (фотона) и материје (пре свега електрона, али и свих других наелектрисаних честица које имају спин 1/2, као што су миони).^[1]^‍:3563^[2] Квантна електродинамика се дефинише као релативистичка квантна теорија поља електродинамике.^[3]^‍:vii Квантна електродинамика је компатибилна са специјалном теоријом релативности и описује све феномене осим феномена повезаних са општом теоријом релативности и радиоактивним распадима.^[1]^‍:3563

Развој

У првој половини 20. века, физичари су се трудили да помире Максвелову електродинамику са новинама које су донеле квантна теорија и специјална теорија релативности. Пол Дирак, Вернер Хајзенберг и Волфганг Паули су дали значајне доприносе развоју математичког апарата квантне електродинамике у годинама уочи Другог светског рата. Прву формулацију квантне теорије која описује радијацију и интеракцију материје је произвео британски научник Пол Дирак, који је током 1920-их успео да израчуна коефицијент спонтане емисије атома.^[4] Дирак је описао квантизацију електромагнетског поља као ансамбл хармонијских осцилатора путем увођења концепта оператора стварања и уништења честица. У наредним годинама, уз доприносе Волфганга Паулија, Јуџина Вигнера, Паскала Јордана, Вернера Хајзенберга и елегантну формулацију квантне електродинамике Енрика Фермија,^[5] физичари су почели да верују да ће у принципу бити могуће да се спроведу прорачуни за било који физички процес у коме учествују фотони и наелектрисане честице.

Међутим, даље студије Феликса Блоха са Арнолдом Нордсиком,^[6] и Виктором Вајскопфом,^[7] у 1937. и 1939. години, показале су да су такви прорачуни поуздани једино за пертурбациону теорију првог реда, што је проблем на који је већ био указао Роберт Опенхајмер.^[8] При вишим редовима у серији су се појавиле бесконачности, које су такве прорачуне чиниле бесмисленим и бацале озбиљне сумње на унутрашњу конзистентност саме теорије. У одсуству решења тог проблема у то време, изгледало је да постоји фундаментална инкомпатибилност између специјалне релативности и квантне механике. Након увођења процеса ренормализације, којим се ове бесконачне величине елиминишу, као и других доприноса научника попут Ричарда Фајнмана, Јулијана Швингера и Шиничира Томонаге, квантна електродинамика је постала далеко поузданија.^[1]^‍:3563

Квантна електродинамика је посебно била револуционарна у теоријској физици захваљујући методима које је користила — уместо механицистичког приступа рачунају се одговарајуће вероватноће комбиноване са квантним особинама субатомских честица.^[1]^‍:3564 Након открића кваркова, глуона и других субатомских честица, квантна електродинамика је постала изузетно значајна у опису структуре, особина и реакција међу овим честицама, што ју је на крају учинило једном од најтачнијих, најпрецизнијих и најбоље тестираних физичких теорија.^[1]^‍:3564

Виртуелни фотони

Квантна електродинамика описује интеракцију између наелектрисаних честица као размену виртуелних фотона. Како наелектрисана честица емитује или апсорбује виртуелне фотоне, тако мења своју брзину (правац, смер и/или интензитет). Виртуелне фотоне (као и друге виртуелне честице) није могуће директно испитивати, већ се они анализирају само преко својих ефеката. Виртуелни фотони су, свакако, најбоље описани одговарајућим математичким алатом.^[1]^‍:3564

Фајнманови дијаграми

Фајнманови дијаграми су помоћно средство којим се представљају интеракције у квантној електродинамици у простору и времену. По правилу, време је приказано на апсциси, и тече са леве ка десној страни дијаграма. На ординати се схематски приказује кретање честица. У сваком чвору важе закони очувања енергије и момента импулса.^[1]^{‍:1713–1715}

Види још

Референце

^ ^а ^б ^в ^г ^д ^ђ ^е K. Lee Lerner, Brenda Wilmoth Lerner (ур.). The Gale Encyclopaedia of Science (на језику: (језик: енглески)) (4 изд.). Farmington Hills: The Gale Group. ISBN 978-1-4144-2877-2.
^ Maggiore, Michele. A Modern Introduction to Quantum Field Theory (на језику: (језик: енглески)) (4 изд.). Chippenham: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-852073-3.
^ Maggiore, Michele. Basics of Quantum Electrodynamics (на језику: (језик: енглески)) (4 изд.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-19-852073-3.
^ 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.
^ Fermi, E. (1932). „Quantum Theory of Radiation”. Reviews of Modern Physics. 4 (1): 87—132. Bibcode:1932RvMP....4...87F. doi:10.1103/RevModPhys.4.87.
^ 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.
^ Weisskopf, V. F. (1939). „On the Self-Energy and the Electromagnetic Field of the Electron”. Physical Review. 56 (1): 72—85. Bibcode:1939PhRv...56...72W. doi:10.1103/PhysRev.56.72.
^ 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 (на језику: (језик: енглески)) (4 изд.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-19-852073-3.
Maggiore, Michele. A Modern Introduction to Quantum Field Theory (на језику: (језик: енглески)) (4 изд.). Chippenham: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-852073-3.
K. Lee Lerner, Brenda Wilmoth Lerner, ур. (9. 10. 2007). The Gale Encyclopaedia of Science (на језику: (језик: енглески)) (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, Bibcode:2006quant.ph..9184B, ISBN 978-0-521-81421-8, OCLC 227191829, arXiv:quant-ph/0609184 
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., ур. (2009). Compendium of Quantum Physics. Concepts, Experiments, History and Philosophy. New York: Springer. ISBN 978-3-540-70626-7.
Jammer, Max (1966), The conceptual development of quantum mechanics, New York: McGraw-Hill, OCLC 534562
Jammer, Max (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 (1978). „Lichnerowicz and D. Sternheimer, Deformation theory and quantization I,and II”. Ann. Phys. (N.Y.). 111: 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, ISBN 978-94-010-3383-1, doi:10.1007/978-94-010-3381-7_4.
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. , 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 (1950). The Theory of Groups and Quantum Mechanics. . Dover Publications,
A. Whitaker (2011). The New Quantum Age: From Bell's Theorem to Quantum Computation and Teleportation. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-958913-5.
Hawking, Stephen (2011). The Dreams that Stuff is Made of. Running Press. 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. ISBN 0-19-851997-4. . Oxford University Press (1986) . 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 (1988-10-01). QED. Princeton University Press. : Princeton (1982).
Weinberg, Steven. The Quantum Theory of Fields - Foundations (vol. I). ISBN 0-521-55001-7. . Cambridge University Press (1995) 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. ISBN 0-521-55001-7. . (vol. II), Cambridge University Press:Cambridge, U.K. (1996) , pp. 489.
Weinberg, Steven. The Quantum Theory of Fields – Supersymmetry. ISBN 0-521-55002-5. . (vol. III), Cambridge University Press:Cambridge, U.K. (2000) , pp. 419.
Schweber, Silvan S. QED and the men who made it: Dyson, Feynman, Schwinger, and Tomonaga. ISBN 0-691-03327-7. . Princeton University Press (1994)
Ynduráin, Francisco José (1983). Quantum Chromodynamics: An Introduction to the Theory of Quarks and Gluons. ISBN 0-387-11752-0. . Springer Verlag, New York
Miller, Arthur I. Early Quantum Electrodynamics : A Sourcebook. ISBN 0-521-56891-9. . Cambridge University Press (1995)
Schwinger, Julian. Selected Papers on Quantum Electrodynamics. ISBN 0-486-60444-6. . Dover Publications, Inc. (1958)
O'Raifeartaigh, Lochlainn. (1997). The Dawning of Gauge Theory. ISBN 0-691-02977-6. . Princeton University Press. (May 5)
Cao, Tian Yu. Conceptual Developments of 20th Century Field Theories. ISBN 0-521-63420-2. . Cambridge University Press (1997)
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.