Hva er kvanteelektrodynamikk (QED)?

Kvanteelektrodynamikk (QED) er kvantefeltteorien som forklarer hvordan elektrisk ladede partikler interagerer med hverandre gjennom utveksling av fotoner (lys "quanta", eller små pakker med lys). Fotoner, og derfor interaksjoner i en QED, forplanter seg med lysets hastighet. QED blir referert til som en målerteori, med et matematisk spesifisert målefelt som representerer den elektromagnetiske kraften. Teorien forklarer også magnetisme, ettersom magnetisme og elektrisitet er to manifestasjoner av den samme underliggende kraften, elektromagnetisme.

Teorien om QED er en av de mest verifiserte teoriene på jorden, noe som noen ganger gir presise resultater til ti desimaler, og var den første kvantefeltteorien som ble kalt konsistent og fullstendig. En prediksjon laget av QED ble funnet å være nøyaktig opp til 0,0038 deler per million, sannsynligvis den mest presise og nøyaktige fysiske prediksjonen noensinne. Beregning av riktige løsninger på oppførselen til systemer med samvirkende deler eller større elektroniske orbitaler blir eksponentielt vanskeligere etter hvert som antall komponenter øker, med noen beregninger som krever bokstavelig talt tiår med arbeid for å beregne og verifisere.

Av de fire naturkreftene - elektromagnetisme, svak kjernekraft, sterk kjernekraft og tyngdekraft - er elektromagnetisme trolig det enkleste å forklare rigorøst, selv om det forklarte at det fullt ut tok mange hundre forskere tiår med arbeid. Teorien ble utviklet til tilfredshet på slutten av førtiårene, takket være det uavhengige arbeidet til Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger og Richard Feynman. De mottok nobelprisen i fysikk fra 1965 for innsatsen.

Hvis elektromagnetisme var den eneste kraften i naturen som opererte i universet, ville QED gi en fullstendig beskrivelse av dens eksakte natur. Det er det imidlertid ikke, og søket fortsetter etter en kvantefeltteori som integrerer alle fire kreftene. Videre er å løse ligninger i QED svært vanskelig, vanskeligere enn konvensjonelle kvantemekaniske problemer, ettersom QED er en generalisering av kvantemekanikk til spesiell relativitet. Bildene mest kjent assosiert med QED er Richard Feynmans Feynman-diagrammer , som bruker rette og krøllete linjer for å analysere de forskjellige måtene partikler utveksler fotoner for å samhandle fysisk.

Teorien om QED produserer fortsatt matematiske uendelighet i visse sammenhenger, og selv om mange av disse problemene er løst, vedvarer de på et visst nivå. Ad hoc renormaliseringsalgoritmer er utviklet for å glatte over disse teoretiske ufullkommenhetene. Disse uendelighetene antyder at QED ikke på noen måte er en endelig teori, og lar fremtiden være åpen for oppdagelsen av en mer nøyaktig teori, en som ser på elektromagnetisme i sammenheng med de tre andre naturkreftene.