Kuantum Elektrodinamik (QED) nedir?

Kuantum elektrodinamiği (QED), elektrik yüklü yüklü parçacıkların foton alışverişi (hafif "kuanta" veya küçük ışık paketleri) yoluyla birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini açıklayan kuantum alan teorisidir. Fotonlar ve dolayısıyla bir QED'deki etkileşimler, ışık hızında yayılır. QED, elektromanyetik kuvveti temsil eden matematiksel olarak belirlenmiş bir gösterge alanıyla birlikte bir gösterge teorisi olarak adlandırılır. Teori aynı zamanda manyetizmayı da açıklar, çünkü manyetizma ve elektrik aynı temel kuvveti, elektromanyetizma iki tezahürüdür.

QED teorisi, bazen on ondalık basamağa kesin sonuçlar veren ve dünyadaki en doğrulanmış teorilerden biridir ve tutarlı ve eksiksiz olarak adlandırılan ilk kuantum alan teorisidir. QED tarafından yapılan tahminlerden biri, milyonda 0,0038 parçaya kadar kesin, muhtemelen şimdiye kadar yapılmış en kesin ve doğru fiziksel tahmindi. Etkileşen parçaları veya daha büyük elektron orbitalleri olan sistemlerin davranışına doğru çözümler bulmak, bileşenlerin sayısı arttıkça katlanarak zorlaşır, bazı hesaplamalar tam anlamıyla hesaplamak ve doğrulamak için yıllarca çalışmayı gerektirir.

Doğanın dört kuvvetinden - elektromanyetizma, zayıf nükleer kuvvet, güçlü nükleer kuvvet ve yerçekimi - elektromanyetizma muhtemelen yüzlerce bilim insanı on yıllarca süren çalışmaları tam olarak açıklamasına rağmen, titizlikle açıklanması en kolay olanıdır. Teori, Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger ve Richard Feynman'ın bağımsız çalışması sayesinde kırklı yılların sonunda tatmin olmak için geliştirildi. Çabaları için 1965 Nobel Fizik Ödülü aldı.

Eğer elektromanyetizma, evrende faaliyet gösteren doğanın tek kuvveti olsaydı, QED tam doğasını tam olarak açıklardı. Ancak öyle değil ve araştırma dört kuvveti de içeren kuantum alan teorisi için devam ediyor. Ayrıca, QED'deki denklemleri çözmek çok zor, geleneksel kuantum mekaniği problemlerinden daha zor, çünkü QED kuantum mekaniğinin özel göreliliğe genellemesidir. En çok QED ile ilişkilendirilen görüntüler Richard Feynman'ın Feynman şemalarıdır ve parçacıkların fiziksel olarak etkileşmek için fotonları değiştirdiği farklı yolları analiz etmek için düz ve eğri çizgiler kullanır.

QED teorisi hala belli bağlamlarda matematiksel sonsuzluklar üretmektedir ve bu problemlerin birçoğu çözülürken, belli bir seviyede devam etmektedir. Bu teorik kusurların üstesinden gelmek için geçici renormalizasyon algoritmaları geliştirilmiştir. Bu sonsuzluklar, QED'in hiçbir şekilde nihai bir teori olmadığını ve geleceği, doğanın diğer üç kuvveti bağlamında elektromanyetizmayı gören daha kesin bir teori keşfetmeye açık bıraktığını ileri sürüyor.