Co je kvantová elektrodynamika (QED)?

Kvantová elektrodynamika (QED) je teorie kvantového pole vysvětlující, jak elektricky nabité částice interagují mezi sebou navzájem výměnou fotonů (světelná „quanta“ nebo malé balíčky světla). Fotony, a tedy interakce v QED, se šíří rychlostí světla. QED je označována jako teorie měřidel, s matematicky specifikovaným měřicím polem představujícím elektromagnetickou sílu. Teorie také vysvětluje magnetismus, protože magnetismus a elektřina jsou dva projevy stejné základní síly, elektromagnetismu.

Teorie QED je jednou z nejlépe ověřených teorií na Zemi, někdy dávajících přesné výsledky deset desetinným místům, a byla první teorií kvantového pole, která se nazývala konzistentní a úplná. Bylo zjištěno, že jedna předpověď QED byla přesná až na 0,0038 dílů na milion, pravděpodobně nejpřesnější a nejpřesnější fyzická předpověď, jaká kdy byla vytvořena. Výpočet správných řešení chování systémů s interagujícími částmi nebo většími elektronovými orbitaly se s rostoucím počtem komponent exponenciálně ztíží, s některými výpočty, které vyžadují výpočet a ověření doslova desetiletí práce.

Ze čtyř přírodních sil - elektromagnetismus, slabá jaderná síla, silná jaderná síla a gravitace - je pravděpodobně nejsnadněji vysvětlit elektromagnetismus, přestože jeho vysvětlení trvalo mnoho stovek vědců desetiletí práce. Teorie byla vyvinuta ke spokojenosti na konci čtyřicátých let díky nezávislé práci Sin-Itira Tomonaga, Juliana Schwingera a Richarda Feynmana. Za své úsilí obdrželi Nobelovu cenu za fyziku z roku 1965.

Pokud by elektromagnetismus byla jedinou silou přírody fungující ve vesmíru, QED by nabídla úplný popis jeho přesné povahy. To však není a hledání pokračuje kvantovou teorií pole, která integruje všechny čtyři síly. Řešení rovnic v QED je navíc velmi obtížné, obtížnější než běžné problémy kvantové mechaniky, protože QED je zobecnění kvantové mechaniky na speciální relativitu. Nejznámější snímky spojené s QED jsou Feynmanovy diagramy Richarda Feynmana, které používají přímé a zakřivené čáry k analýze různých způsobů, kterými částice vyměňují fotony, aby fyzicky interagovaly.

Teorie QED stále vytváří matematické nekonečno v určitých kontextech, a ačkoli mnoho z těchto problémů bylo vyřešeno, přetrvávají na určité úrovni. Pro odstranění těchto teoretických nedokonalostí byly vyvinuty ad hoc renormalizační algoritmy. Tyto nekonečnosti naznačují, že QED není v žádném případě konečnou teorií, takže budoucnost zůstává otevřená objevu přesnější teorie, která vnímá elektromagnetismus v kontextu dalších tří přírodních sil.