二次革命
在20年代中期创立量子力学的狂热年代里,也在进行着另一场革命,量子物理的另一个分支――量子场论的基础正在建立。不像量子力学的创立那样如暴风疾雨般一挥而就,量子场论的创立经历了一段曲折的历史,一直延续到今天。尽管量子场论是困难的,但它的预测精度是所有物理学科中最为精确的,同时。它也为一些重要的理论领域的探索提供了范例。
激发提出量子场论的问题是电子从激发态跃迁到基态时原子怎样辐射光。1916年,爱因斯坦研究了这一过程,并称其为自发辐射,但他无法计算自发辐射系数。解决这个问题需要发展电磁场(即光)的相对论量子理论。量子力学是解释物质的理论,而量子场论正如其名,是研究场的理论,不仅是电磁场,还有后来发现的其它场。
1925年,玻恩。海森堡和约当发表了光的量子场论的初步想法,但关键的一步是年轻且本不知名的物理学家狄拉克于1926年独自提出的场论。狄拉克的理论有很多缺陷:难以克服的计算复杂性,预测出无限大量,并且显然和对应原理矛盾。
40年代晚期。量子场论出现了新的进展,理查德.费曼(richardfeynman),朱利安.施温格(julianschwinger)和朝永振一郎(sinitirotomonaga)提出了量子电动力学(缩写为qed)。他们通过重整化的办法回避无穷大量。其本质是通过减掉一个无穷大量来得到有限的结果。由于方程复杂,无法找到精确解。所以通常用级数来得到近似解,不过级数项越来越难算。虽然级数项依次减小。但是总结果在某项后开始增大,以至于近似过程失败。尽管存在这一危险,qed仍被列入物理学史上最成功的理论之一,用它预测电子和磁场的作用强度与实验可靠值仅差2/1,000,000,000,000。
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