انتشار این مقاله


دستاوردهای عظیم(۵۸): الکترودینامیک کوانتومی (QED)

الکترودینامیک کوانتومی علیرغم سخت‌گیری‌های بسیار زیادی که تا آن زمان بی‌سابقه بود، موفق‌ترین تئوری‌ ارائه‌شده در زمینه فیزیک است.

بیشتر کارهای پیش‌زمینه‌ای انجام شده برای طرح یکی از موفق‌ترین تئوری‌های ارائه‌شده در دهه ۲۰ صورت گرفت، به خصوص بیشتر آن‌ها در مطالعات پاول دیراک و دیگران، شامل پاسکال جردن، ورنر هایزنبرگ و ولفانگ پاولی، انجام گرفته‌است. هنگامی که مکانیک کوانتومی شکل می‌گرفت، دیراک در سال ۱۹۲۷ در مقاله‌ای نظری به این مضمومن ارائه داد که تا به حال مطالعات کمی در مورد الکترودینامیک کوانتومی صورت گرفته‌است: برای مثال توضیح چگونگی تولید میدان الکترومغناطیسی توسط یک الکترون متحرک و واکنش آن میدان به الکترون؛ و اینکه اگر نیرو به جای اینکه بلافاصله منتشر شود، با سرعت نور این کار انجام گیرد، چه اتفاقی می‌افتد.

دیراک یک تئوری موثر و غیرنسبی را با استفاده از همیلتونین ارائه کرد که سیستم دینامیکی یک اتم را با واحد نوری توصیف می‌کرد. ولی یک نکته ظریف در این وسط وجود داشت: زمان زیادی نگذشته‌بود که مشخص شد ظاهرا تلاش‌هایی که با استفاده از الکترودینامیک کوانتومی برای محاسبات دقیق صورت می‌گرفت، با واگرایی‌های زیادی همراه است. اگر تمام شرایط برای محاسبه مقدار جرم یا بار الکترون، هنگامی که تحت تاثیر میدان الکترومغناطیسی باشند، در نظر گرفته‌می‌شد، پاسخ برای هر کدام بی‌نهایت بود. تا سال ۱۹۴۷ راه‌حل این مسئله یافت نشد. ژوئن همان سال در روز افتتاحیه کنفرانس Shelter Island، ویلیس لم دیتای خود را ارائه داد که نشان می‌داد که جداشدن سطح انرژی الکترون‌های ۲S1/2 و ۲P1/2 را نشان می‌داد، حال آنکه دیراک پیشبینی کرده‌بود که دژنره می‌شوند. هانس بث در قطار بازگشت به خانه از Shelter Island، متوجه اهمیت شیفت لم شد – که بیان می‌کند که جرم الکترونی که در الکترودینامیک کوانتومی محاسبه شده با جرمی که طی آزمایش‌ها بدست آمده متفاوت است و این دو باید طی فرآیند “بازبهنجارسازی” به هم مرتبط شوند. در حین کنفرانس Pocono در مارس ۱۹۴۸، بقیه توانستند که دقیقا بدانند چگونه نابهنجارسازی را با یک تئوری که از نظر نسبیت نامتغیر است، تطبیق بدهند. جولیان شوینگر بر حسب عادت از طریق یک فرمول‌بندی ریاضی در کنفرانس ارائه داد که متعاقبا مشخص شد که همین کار مستقلا در ژاپن توسط توموناگا نیز انجام شده‌است. ریچار فیمن هم فرمول‌بندی خاص خودش را برای ارائه داشت، هرچند بعدها غر می‌زد که تئوری نابهنجارسازی به طور خلاصه راهی است که با آن سختی‌های ناشی از واگرایی‌های محاسبات الکترودینامیک ماست‌مالی می‌شود. اندکی بعد فریمن دایسون ثابت کرد که همبستگی هر سه رویکرد را ثابت کرد و شوینگر، توموناگا و فیمن جایزه نوبل ۱۹۶۵ را برای”کارهای بنیادیشان در زمینه الکترودینامیک کوانتومی که دارای تاثیر عمیق در فیزیک اجزا بنیادی بود”، به طور مشترک از آن خود کردند. در نهایت محاسبات دقیق امکان‌پذیر شده‌بود و با ابزار راهگشایی که فیمن در کنفرانس Ponoco ارائه داد راحت‌تر شده‌بود: دیاگرام فیمن. ظاهرا یکی از اولین دیاگرام‌های فیمن در مقاله‌ای که در سال ۱۹۴۹ ارائه داده، چاپ شده‌است. این دیاگرام که از خطوط صاف و موجی تشکیل شده‌است، نمایانگر فضا-زمان الکترون‌هایی است که در حال تبادل فوتون هستند.الکترودینامیک کوانتومی امروزه به عنوان یک تئوری پیمانه‌ای آبله‌ای شناخته می‌شود که گروه پیمانه آن اصطلاحا U می‌باشد. آنچه که با معادلات ماکسول برای میدان‌های الکترومغناطیسی شروع شد،علیرغم بیشترین سختگیری که برای آزمایش یک تئوری تا به حال انجام شده‌بود، تبدیل به یکی از موفق‌ترین تئوری‌ها در زمینه فیزیک شد: الکترودینامیک کوانتومی.

محمد امین اکبرزاده


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *