量子電気力学（QED）とは何ですか？

量子電気力学（QED）は、光子（光「量子」、または光の小さなパケット）の交換を通じて荷電粒子が相互作用する方法を説明する場の理論です。 光子、したがってQED内の相互作用は、光の速度で伝播します。 QEDはゲージ理論と呼ばれ、数学的に指定されたゲージ場が電磁力を表します。 磁気と電気は同じ根本的な力である電磁気の2つの現れであるため、理論はまた磁気を説明します。

QEDの理論は、地球上で最もよく検証された理論の1つであり、小数点以下10桁まで正確な結果が得られることもあり、一貫性があり完全と呼ばれる最初の量子場理論でした。 QEDによって行われた予測の1つは、最大で.0038百万分の1の精度であり、おそらくこれまでに行われた中で最も正確で正確な物理的予測でした。 相互作用する部分や大きな電子軌道を持つシステムの挙動に対する正しい解の計算は、コンポーネントの数が増えるにつれて指数関数的に難しくなり、計算によっては計算と検証に文字通り数十年の作業が必要になります。

自然界の4つの力-電磁気、弱い核の力、強い核の力、重力-のうち、電磁気は厳密に説明するのがおそらく最も簡単です。 この理論は、朝永新一郎、ジュリアン・シュウィンガー、リチャード・ファインマンの独立した研究のおかげで、40代後半に満足のいくように開発されました。 彼らは1965年にノーベル物理学賞を受賞しました。

宇宙で動作する自然の唯一の力が電磁気学である場合、QEDはその正確な性質を完全に説明します。 しかし、そうではなく、4つの力すべてを統合する場の量子論の探求が続けられています。 さらに、QEDは量子力学を特殊相対論に一般化したものであるため、QEDで方程式を解くのは非常に難しく、従来の量子力学の問題よりも困難です。 QEDで最も有名な画像は、リチャードファインマンのファインマン図です 。これは、直線と波線を使用して、粒子が光子を交換して物理的に相互作用するさまざまな方法を分析します。

QEDの理論は、特定の状況では依然として数学的無限大を生み出し、これらの問題の多くは解決されましたが、特定のレベルで持続します。 アドホックな繰り込みアルゴリズムは、これらの理論上の不完全性を滑らかにするために開発されました。 これらの無限大は、QEDが最終理論ではないことを示唆しており、将来をより正確な理論の発見に向けたものにしており、自然界の他の3つの力の文脈で電磁気を見るものです。