Hvad er kvanteelektrodynamik (QED)?
Kvanteelektrodynamik (QED) er kvantefeltteorien, der forklarer, hvordan elektrisk ladede partikler interagerer med hinanden gennem udveksling af fotoner (lys "quanta" eller små lyspakker). Fotoner, og derfor interaktioner i en QED, forplantes med lysets hastighed. QED omtales som en gauge-teori, hvor et matematisk specificeret gauge-felt repræsenterer den elektromagnetiske kraft. Teorien forklarer også magnetisme, da magnetisme og elektricitet er to manifestationer af den samme underliggende kraft, elektromagnetisme.
Teorien om QED er en af de mest verificerede teorier på Jorden, som undertiden giver præcise resultater til ti decimaler, og var den første kvantefeltteori, der blev kaldt konsistent og komplet. En forudsigelse foretaget af QED viste sig at være nøjagtig op til 0,0038 dele pr. Million, sandsynligvis den mest præcise og præcise fysiske forudsigelse nogensinde. Beregning af korrekte løsninger til opførsel af systemer med interagerende dele eller større elektroniske orbitaler bliver eksponentielt sværere, efterhånden som antallet af komponenter øges, med nogle beregninger der kræver bogstaveligt talt årtiers arbejde at beregne og verificere.
Ud af de fire naturkræfter - elektromagnetisme, svag atomkraft, stærk atomkraft og tyngdekraft - er elektromagnetisme sandsynligvis den nemmeste at forklare rigorøst, selvom det fuldt ud tog mange hundrede forskere årtiers arbejde. Teorien blev udviklet til tilfredshed i slutningen af firserne takket være det uafhængige arbejde fra Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger og Richard Feynman. De modtog Nobelprisen i fysik fra 1965 for deres indsats.
Hvis elektromagnetisme var den eneste kraft i naturen, der opererer i universet, ville QED tilbyde en fuldstændig redegørelse for dens nøjagtige natur. Det er det dog ikke, og søgningen fortsætter efter en kvantefeltteori, der integrerer alle fire kræfter. Desuden er løsning af ligninger i QED meget vanskelig, vanskeligere end konventionelle kvantemekaniske problemer, da QED er en generalisering af kvantemekanik til særlig relativitet. De mest berømte billeder forbundet med QED er Richard Feynmans Feynman-diagrammer , der bruger lige og krøllede linjer til at analysere de forskellige måder, hvorpå partikler udveksler fotoner for at interagere fysisk.
Teorien om QED producerer stadig matematiske uendeligheder i visse sammenhænge, og selvom mange af disse problemer er løst, fortsætter de på et vist niveau. Ad hoc- renormaliseringsalgoritmer er udviklet til at glatte over disse teoretiske ufuldkommenheder. Disse uendeligheder antyder, at QED ikke på nogen måde er en endelig teori, hvilket lader fremtiden være åben for opdagelsen af en mere nøjagtig teori, en der betragter elektromagnetisme i sammenhæng med de tre andre naturkræfter.