La electrodinámica ( QED ) de Quantum del es una teoría de campo relativista de Quantum de la electrodinámica . QED fue desarrollado por un número de físicos, comenzando en los últimos años 20. QED describe matemáticamente todos los fenómenos que implican las partículas eléctricamente cargadas que obran recíprocamente por medio del intercambio de los fotones . Se ha llamado " la joya del physics" para sus predicciones extremadamente exactas de cantidades tienen gusto del momento magnético anómalo del electrón, y del cambio de cordero de los niveles de energía del hidrógeno .

Historia

considera también: Historia los mecánicos de quántum La palabra “quántum” es el latino, significando el " cuánto " (neut. del " del quantus; cómo great"). La palabra “electrodinámica” fue acuñada por el André-Marie Ampère en 1822. La palabra “quántum”, según lo utilizado en la física, primero fue utilizada por Planck máximo, es decir " elements" de la energía;, en 1900 y reforzado por Einstein en 1905 con su uso de los quanta de la luz del del término.

La teoría de Quantum comenzó en 1900, cuando el Planck máximo asumió que la energía es cuantificado para derivar una fórmula que predice la dependencia observada de la frecuencia de la energía emitida por un cuerpo negro . Esta dependencia está totalmente en desacuerdo con la física clásica . En 1905, el Einstein explicó el efecto fotoeléctrico postulando que la energía ligera viene en de los quanta los fotones llamados más adelante en 1913, cuantificación invocada de Bohr en su explicación propuesta de las líneas espectrales del átomo del hidrógeno . En 1924, el Louis de Broglie propuso una teoría de quántum de la naturaleza ondulada de las partículas subatómicas el " de la frase; physics" del quántum; primero fue empleado en el universo de Planck del de Johnston a la luz de la física moderna . Estas teorías, mientras que cupieron los hechos experimentales hasta cierto punto, eran terminantemente fenomenológicas: no proporcionaron ninguna justificación rigurosa para la cuantificación que emplearon.

Los mecánicos de Quantum modernos nacieron en 1925 con los mecánicos de onda de s de Werner Heisenberg 'mecánicos de matriz de s y Schrödinger Erwin ' y la ecuación de Schrödinger, que era una generalización no relativista de 1925) acercamientos relativistas de Broglie (. Schrödinger demostró posteriormente que estos dos acercamientos eran equivalentes. En 1927, Heisenberg formuló su principio de incertidumbre, y la interpretación de Copenhague de los mecánicos de quántum comenzó a tomar forma. Alrededor de este tiempo, Paul Dirac, en el trabajo que culmina en sus 1930 mecánicos de quántum finalmente unidos de la monografía y relatividad especial, iniciados el uso de la teoría del operador, e ideados la notación del Sujetador-ket ampliamente utilizada desde entonces. En 1932, el John Von Neumann formuló la base matemática rigurosa para los mecánicos de Quantum como la teoría de los operadores lineares en los espacios de Hilbert esto y el otro trabajo a partir del período de fundación sigue siendo válido y ampliamente utilizado.

La química de Quantum comenzó con el Gualterio Heitler y el Fritz Londres 's cuenta de 1927 quanta del enlace covalente de la molécula del hidrógeno . El Linus Pauling y otros contribuyó al desarrollo subsecuente de la química del quántum.

El uso de los mecánicos de quántum al coloca algo que las solas partículas, dando por resultado qué se conocen como teorías de campo de quántum, comenzaron en 1927. Los contribuidores tempranos incluyeron el Dirac, el Wolfgang Pauli, el Weisskopf, y el Jordania . Esta línea de investigación culminó en los años 40 en la electrodinámica del quántum (QED) Richard Feynman, Freeman Dyson, Schwinger juliano, y el Pecado-Itiro Tomonaga, para el cual Feynman, Schwinger y Tomonaga recibieron el Premio Nobel Del 1965 en la física . QED, una teoría de quántum de los positrones de los electrones y el campo electromagnético, eran la primera descripción satisfactoria del quántum de un campo físico y de la creación y de la aniquilación de las partículas de Quantum

QED implica una covariante y la prescripción invariante del calibrador para el cálculo de cantidades observables. La técnica matemática de Feynman, basada en su diagrams, parecido inicialmente muy diferente del campo-teórico, operador - el acercamiento basado de Schwinger y de Tomonaga, pero el Freeman Dyson demostró más adelante que los dos acercamientos eran equivalentes. El procedimiento de la renormalización para eliminar las predicciones infinitas torpes de la teoría de campo de Quantum primero fue ejecutado en QED. Aunque la renormalización trabaja muy bien en la práctica, Feynman nunca era enteramente cómodo con su validez matemática, incluso refiriendo a la renormalización como " game" de la cáscara; y " " de la fórmula de prestidigitador;. (Feynman, 1985:128)

QED ha servido como un modelo y plantilla para todas las teorías de campo subsecuentes de quántum. Una tal teoría subsecuente es el chromodynamics de Quantum, que comenzó en el principios de los 60 y logró su actual forma en el trabajo 1975 por el H. David Politzer, el Sidney Coleman, el David grueso y el Frank Wilczek . El edificio en el trabajo pionero Schwinger, Peter Higgs, Goldstone, y otros, Sheldon Glashow, Steven Weinberg y Abdus Salam demostró independiente cómo la fuerza nuclear débil y la electrodinámica del quántum se podrían combinar en una sola fuerza de Electroweak.

Interpretación física de QED

En la óptica clásica la luz viaja sobre todas las trayectorias permitidas, y sus resultados de interferencia en el principio de Fermat. Semejantemente, en luz de QED (o cualquie otra partícula como un electrón o un protón ) pasa sobre cada trayectoria posible permitida por las aberturas o las lentes que el observador (en una localización particular) detecta simplemente el resultado matemático de todas las funciones de onda agregadas para arriba, como suma de toda la línea integrales. Para otras interpretaciones, se ven las trayectorias como las construcciones no físicas, matemáticas que son equivalentes a otra, posiblemente infinitas, fijan de extensiones matemáticas. Según QED, la luz puede ir más lenta o más rápidamente que el c, pero viajará a la velocidad c en promedio.

Físicamente, QED describe partículas cargadas (y sus antipartículas que obran recíprocamente con uno a por el intercambio de los fotones la magnitud de estas interacciones se puede computar usar la teoría de perturbación ; estas fórmulas algo complejas tienen una representación ilustrada notable mientras que el Feynman diagrams . QED era la teoría a la cual los diagramas de Feynman primero fueron aplicados. Estos diagramas fueron inventados en base de los mecánicos des Lagrange . Usar un diagrama de Feynman, uno decide a cada trayectoria posible entre el comienzo y los puntos del extremo. Cada trayectoria se asigna un complejo - la amplitud valorada de la probabilidad, y la amplitud real que observamos es la suma de todas las amplitudes sobre todas las trayectorias posibles. Obviamente, entre todas las trayectorias posibles las que está con fase inmóvil contribuyen la mayoría (debido a la carencia de interferencia destructiva con algunas trayectorias vecinas de la contador-fase) del — esto da lugar a la trayectoria clásica inmóvil entre los dos puntos.

QED no predice qué sucederá en un experimento, pero puede predecir la probabilidad del de qué sucederá en un experimento, que es cómo se verifica experimental. Las predicciones de QED convienen con experimentos extremadamente un alto nivel de exactitud: actual sobre 10^{− 12} (y limitado por errores experimentales); para los detalles ver las pruebas de la precisión de QED . Esto hace QED la teoría física más exacta construida hasta el momento.

Cerca del final de su vida, el Richard P. Feynman dio una serie de conferencias en QED previsto para el público de la endecha. Estas conferencias fueron transcritas y publicaron como Feynman (1985), '' QED: La teoría extraña de la luz y de la materia '', una exposición no matemática clásica de QED desde el punto de vista articuló arriba.

Matemáticas

Matemáticamente, QED tiene la estructura de una teoría abeliana del calibrador, con el U del grupo de la simetría (1) como el grupo del calibrador. El campo del calibrador que media la interacción entre el cargado spin-1/2 coloca es el campo electromagnético . El de Lagrange de QED para la interacción de los electrones y de los positrones a través de los fotones es

$\backslash \; mathcal\; \{L\}\; =\; \backslash \; barra\; \backslash \; PSI\; (i\; \backslash \; gamma^\; \backslash \; MU\; D\_\; \backslash \; -\; \backslash \; frac\; \{1\}\; \{4\}\; F\_\; \{\backslash \; MU\; \backslash \; NU\}\; F^)\; \backslash \; PSI\; de\; la\; momia\; \{\backslash \; MU\; \backslash \; NU\}.\; \backslash ,$ ¡

l donde $del\; \backslash \; gamma\_\; \backslash \; MU\; \backslash ,\; \backslash !$ son las matrices de Dirac. ¡\ \ psi y su $del\; adjoint\; de\; Dirac\; \backslash \; barra\; \backslash \; psi$ del $del$
es los campos que representan las partículas eléctricamente cargadas, específicamente electrón y campos del positrón representados como $D\_\; \backslash \; MU\; del$
de los espinores de Dirac = \ partial_ \ mu+ieA_ \ MU \, \! ¡ es el derivado de la covariante del calibrador, con el $\backslash \; e$ la fuerza del acoplador (igual a la carga elemental ), el $del$
\ A_ \ MU el potencial del vector de la covariante del campo electromagnético y del $F\_\; del$
{\ MU \ NU} = \ - \ partial_ \ NU A_ \ MU del partial_ \ MU A_ \ NU \, \! el tensor de campo electromagnético .

Ecuaciones de Euler-Lagrange

Para comenzar, tapan adentro definición de D en de Lagrange ver que L es


$\backslash \; mathcal\; \{L\}\; =\; i\; \backslash \; barra\; \{\backslash \; PSI\}\; \backslash \; gamma^\; \backslash \; MU\; \backslash \; partial\_\; \backslash \; MU\; \backslash \; PSI\; -\; e\; \backslash \; barra\}\; \backslash \; gamma\_\; \backslash \; MU\; A^\; \backslash \; MU\; \backslash \; PSI\; \{\backslash \; PSI\; -\; m\; \backslash \; barra\; -\; \backslash \; frac\; \{1\}\}\; \backslash \; PSI\; \{\backslash \; PSI\; \{4\}\; F\_\; \{\backslash \; MU\; \backslash \; NU\}\; F^\; \{\backslash \; MU\; \backslash \; NU\}.\; \backslash \; patio\; \backslash \; patio\; (1)\; \backslash ,$

Uno puede tapar esto de Lagrange en la ecuación de Euler-Lagrange del movimiento para un $\backslash \; un\; partial\_\; \backslash \; MU\; del\; del$
del campo \ se fue (\ frac {\ parcial \ mathcal {L}} {\ parcial (\ partial_ \ MU \ las PSI)} \) - derecho \ frac {\ parcial \ mathcal {L}} {\ parcial \ PSI} = 0. \ patio \ patio \ patio \ patio \ patio (2) \, para encontrar las ecuaciones de campo para QED.

Los dos términos de este de Lagrange son entonces $del\; del$
\ el partial_ \ MU \ se fueron (\ frac {\ parcial \ mathcal {L}} {\ parcial (\ partial_ \ MU \ las PSI)} \ derecho) = \ partial_ \ MU \ ido (i \ barra} \ gamma^ \ MU \) derecho \, {\ PSI

$\backslash \; frac\; \{\backslash \; parcial\; \backslash \; mathcal\; \{L\}\}\; \{\backslash \; parcial\; \backslash \; PSI\}\; =\; -\; e\; \backslash \; barra\}\; \backslash \; gamma\_\; \backslash \; MU\; A^\; \backslash \; MU\; \{\backslash \; PSI\; -\; m\; \backslash \; barra\}\; \backslash ,\; \{\backslash \; PSI$

Tapando este dos nuevamente dentro de Euler-Lagrange ecuación (2) resulta en


$i\; \backslash \; partial\_\; \backslash \; MU\; \backslash \; barra\; \{\backslash \; PSI\}\; \backslash \; gamma^\; \backslash \; MU\; +\; e\; \backslash \; barra\}\; \backslash \; gamma\_\; \backslash \; MU\; A^\; \backslash \; MU\; +\; m\; \backslash \; barra\; \{\backslash \; PSI\}\; =\; 0\; \backslash ,\; \{\backslash \; PSI$ y el $i\; del\; del$
\ el gamma^ conyugal complejos \ MU \ partial_ \ MU \ PSI - e \ gamma_ \ MU A^ \ MU \ PSI - m \ PSI = 0. \,

Si usted trae el término medio al lado derecho parece:

En cuadros

La parte del de Lagrange conteniendo el tensor de campo electromagnético describe la evolución libre del campo electromagnético, mientras que el Dirac-como la ecuación con el derivado de la covariante del calibrador describe la evolución libre del electrón y de los campos del positrón así como su interacción con el campo electromagnético .

Ver también

.

Zenithic

Distributive law between monads

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