1928年|量子电动力学的发展

1928年 , 狄拉克发表了他的第一篇关于电子量子论的论文 。 在那篇文章中 , 他为电子构建了一个波动方程 , 将自旋解释为量子力学和相对论联合的结果 。 狄拉克方程还揭示了电子的反物质对应物 , 即反电子或正电子 。
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基于狄拉克方程的成功 , 量子力学理论研究人员试图通过创建量子场论来量化电磁场 。 但所有这方面的尝试都失败了 , 因为根据该理论的计算结果是无穷大 。 他们对这个问题的解决方案是 , 使用一种称为重整化地数学技巧来忽略这些无穷大 。 但狄拉克说:“我对这种情况非常不满意 , 简单地忽略方程式中的无穷大 , 这不是明智的数学 。
1947年6月 , 二战后的第一次国际物理学会议在谢尔特岛举行 , 它汇集了来自曼哈顿计划的24位物理学家 。 在这次会议中 , 有两个重要的实验出现 。 在第一篇文章中 , 兰姆提出了一个实验 , 表明氢原子的2S_1/2和2P_1/2能级并不相同 , 相反它们相差了1058Mhz 。 另一个实验显示 , 氢的超精细结构有0.1%的异常 , 后来布莱特将这种异常解释为电子的g因子 。
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问题是这两种方程都与狄拉克方程相矛盾 , 因此与会者假设狄拉克的电子理论一定是不完整的 , 并提出这些效应是由于电磁场的量子化造成的 。 他们还假设可以使用量子场论来计算这些差异 , 并且可以使用重整化技术来校正理论的无穷大 , 这就是量子电动力学的起源 。 但是 , 狄拉克对此并不乐观 , 他说重整化只是一个权宜之计 , 我们的想法一定要有一些根本性的变化 , 而不是希望通过篡改数字就能得到好的理论 。
在这次会议的几个月之后 , 贝特发表了一篇论文 , 概述了第一个实验兰姆位移的方程式 。 在它的等式中 , K值发散到无穷大 , 因此贝特决定使用重整化:通过用电子能量的有限值K=mc2来代替无限值 。 问题是进行此更改没有物理上的理由 , 使用它的唯一原因是最终结论和实验接近 。
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又过了几个月后 , 施温格给出了电子的g因子的公式:g=1+α/2π , 其中α为精细结构常数 。 利用这个公式 , 他算出的g因子的理论值与之前公布的实验结果非常接近 。 但是 , 他从未解释他是如何得到这个方程的 , 并表示他将发表一篇概述他理论细节的论文 。 施温格的方程因其简单性和准确性而对科学界产生了重大影响 , 每个人都期待着施温格的理论 。
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次年 , 也就是1948年 , 又举行了第二次物理会议 。 与会者除了上一次的那些人外 , 还有玻尔、狄拉克和费米也参加了 。 此次会议的重点是施温格的演讲 , 人们寄予厚望 , 希望他能解释他是如何计算g因子的 。 最终 , 施温格进行了5个小时的演讲 , 提出了一系列复杂且无法理解的公式 。 奥本海默后来评价道:“其他人发表演讲 , 展示如何进行计算 。 而施温格发表演讲 , 表明只有他能做到 。 ”
1928年|量子电动力学的发展】会议第二天 , 费曼发表他的演讲 , 并首次展示出著名的费曼图 。 不过 , 当时大多数与会者没有对此做出积极回应 , 其中一个原因是他们认为正电子在时间上倒退是不可能的 。 虽然施温格的理论难以理解 , 但大家还是认为它是与已知的量子电动力学密切相关的 。 后来 , 朝永振一郎也提出了第三个新的理论 。