量子电动力学理论:收官之作四巨头

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导读:量子电动力学理论被费曼称为“物理学的瑰宝”,其在本质上描述了光与物质的相互作用,同时还符合量子力学和狭义相对论。从狄拉克1928年的方程到1949年,量子电动力学基本发展到了最后阶段,重正化问题的解决是理论家的最后一战。该问题的解决要归功于四位富有才华的年轻学者:朝永振一郎、施温格、费曼和戴森。他们承前启后、缺一不可的工作使得量子电动力学的理论达到巅峰并完整起来。

有趣的是帮助两种表达统一起来的戴森生前并没有获得诺贝尔奖的认可但这并不妨碍他的伟大对科学界的巨大影响力本文为资深科普作家邢志忠在《赛先生》的专栏“标准模型小史”的第五篇邢志忠撰文

1929年1月与1930年3月莱比锡大学的德国物理学家魏纳·海森堡(Werner Heisenberg)与苏黎世大学的奥地利物理学家沃夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)在《物理学期刊》上合作发表了两篇题为《关于量子场论》的论文探讨了在狭义相对论的基础上将电磁场量化的问题但他们所发展的量场面临一个难题即在解决具体问题而进行微扰展开计算时有些高阶修正项是发散而非收敛这使得计算结果本身失去了意义当年针对这个问题直到日本物朝永振一郎才成功地解决了这个问题而在美国以朱利安·施温格和理查德·费曼为代表的新一代理物家二战结束后开始全神贯注地研究量场的自洽性问题他们二人利用各自发展的技术也成功地解决了上述发散疑难从而完美解释当时实验观测到的氢原子光谱兰姆移位电子反常磁矩使成为有史以来最精确的理论

朝永振一郎出生于日本东京他跟随父母移居京都并在高中阶段成为同班同学一同考入京都大学毕业后汤川留在攻读研究生学业两人三年之后离开分别进入大阪大学东理研究所继续深造他在学习期间师从仁科芳雄教授系统掌握了前沿知识作为日德两国的交换留学生赴莱比锡访学到回国凭借学术论文获得了博士学位受聘成教开始着手深入研究困扰多年的高阶修正项的发散问取得突破进展相应的成果以日文发表期刊上年被译成英文题目为《关量的不变形式》超多时认为空间内各个点都有自己的固有时间从而保证了具有协变的形式带领几个年轻人找到了一种规避微扰计中高阶项发的办法其实就是著名的重正化技术发现将视为对质量和荷即可换句话说因无穷大结合在一起得到有限的后者大小就等于实验测量值其实包含了它自身的发生相互作用产生的效应因此在具体中所观察到的并非它在中的本来面目事实上这一点并不令人就像我们每个人别人眼中也不是自己独处时的状态一样

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