Квантна електродинамика

С Википедије, слободне енциклопедије
(преусмерено са Quantum electrodynamics)
Интракције у квантној електродинамици се често приказују схематски Фајнмановим дијаграмима

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[уреди | уреди извор]

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[уреди | уреди извор]

Главни чланак: 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[уреди | уреди извор]

Одбијање два електрона приказано Фајнмановим дијаграмом
Главни чланак: 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[уреди | уреди извор]

Референце[уреди | уреди извор]

  1. ^ 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. 
  2. ^ Michele Maggiore. A Modern Introduction to Quantum Field Theory (на језику: (језик: енглески)) (4 изд.). Chippenham: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-852073-3. 
  3. ^ Maggiore, Michele. Basics of Quantum Electrodynamics (на језику: (језик: енглески)) (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[уреди | уреди извор]

  • Maggiore, Michele. Basics of Quantum Electrodynamics (на језику: (језик: енглески)) (4 изд.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-19-852073-3. 
  • Michele Maggiore. 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.). 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 Слободан приступ 
  • 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 
  • Jammer, Max (1974), The philosophy of quantum mechanics: The interpretations of quantum mechanics in historical perspectiveНеопходна слободна регистрација, 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, 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. (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.

Спољашње везе[уреди | уреди извор]

Квантна електродинамика на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Квантна_електродинамика&oldid=27603183”