Κβαντική ηλεκτροδυναμική

Στη φυσική,η κβαντική ηλεκτροδυναμική (QED) είναι η σχετικιστική κβαντική θεωρία πεδίου της ηλεκτροδυναμικής. Στην ουσία, περιγράφει πώς το φως και η ύλη αλληλεπιδρούν και είναι η πρώτη θεωρία, όπου επιτυγχάνεται πλήρης συμφωνία μεταξύ κβαντομηχανικής και ειδικής σχετικότητας.Περιγράφει μαθηματικά όλα τα φαινόμενα που αφορούν ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια που αλληλεπιδρούν μέσω της ανταλλαγής των φωτονίων και αντιπροσωπεύει την κβαντική ομόλογό της κλασικής θεωρίας ηλεκτρομαγνητισμού που δίνει πλήρη αλληλεπίδραση μεταξύ της ύλης και του φωτος.

Με τεχνικούς όρους, η κβαντική ηλεκτροδυναμική μπορεί να περιγραφεί ως μια θεωρία διαταραχών του ηλεκτρομαγνητικού κβαντικού κενού.Ο Richard Feynman το αποκάλεσε «το κόσμημα της φυσικής» για τις εξαιρετικά ακριβείς προβλέψεις του, όπως η ανώμαλη μαγνητική στιγμή του ηλεκτρονίου και τη μετατόπιση των επιπέδων ενέργειας του υδρογόνου.

Ιστορία

Η πρώτη διατύπωση της κβαντικής θεωρίας που περιγράφει την αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης οφείλεται στον Βρετανό επιστήμονα Paul Dirac, ο οποίος (κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1920) ήταν σε θέση να υπολογίσει το συντελεστή της αυθόρμητης εκπομπής ενός ατόμου.

Ο Dirac περιέγραψε την κβάντωση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου ως ένα σύνολο αρμονικών ταλαντωτών με την εισαγωγή της έννοιας των φορέων δημιουργίας και εξαΰλωσης των σωματιδίων. Στα επόμενα χρόνια, με συνεισφορές από τον Wolfgang Pauli, Eugene Wigner, Pascual Jordan, Werner Heisenberg διετύπωσαν μια κομψη διατύπωση της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής λόγω Enrico Fermi, οι φυσικοί πίστευαν ότι, κατ 'αρχήν, θα ήταν δυνατόν να εκτελέσει οποιαδήποτε υπολογισμό για οποιαδήποτε φυσική διαδικασία που περιλαμβάνει τα φωτόνια και τα φορτισμένα σωματίδια. Ωστόσο, περαιτέρω μελέτες από τον Felix Bloch με Arnold Nordsieck, και Victor Weisskopf, το 1937 και το 1939, αποκάλυψε ότι οι εν λόγω υπολογισμοί ήταν αξιόπιστοι μόνο σε μια πρώτη σειρά της θεωρίας διαταραχών, ένα πρόβλημα που έχει ήδη επισημανθεί από τον Robert Oppenheimer. Σε μεγαλύτερες παραγγελίες στις άπειρες σειρές εμφανίστηκαν, καθιστώντας νόημα σε αυτους τους υπολογισμούς και υπήρχαν σοβαρές αμφιβολίες σχετικά με την εσωτερική συνοχή της ίδιας της θεωρίας. Χωρίς λύση για το πρόβλημα , φάνηκε ότι υπήρχε μια θεμελιώδης ασυμβατότητα μεταξύ ειδικής σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής.