Stringtheorie und die Quantenelektrodynamik

Obwohl die Prinzipien der Quantenelektrodynamik wurden von drei Personen ausgearbeitet, war der berühmteste Gründer von QED unbestreitbar Richard P. Feynman. Feynman war genauso gut an der Mathematik und Erläuterung einer Theorie, die in seiner Schöpfung resultierte aus Feynmandiagramme - eine visuelle Darstellung der Mathematik, die in QED ging.

Richard Phillips Feynman ist einer der interessantesten Charaktere in Physik des 20. Jahrhunderts, leicht Ranking mit Einstein in der Persönlichkeit, wenn nicht in reiner Ruhm. Schon früh in seiner Karriere gemacht Feynman die bewusste Entscheidung, nur die Arbeit an Problemen, die er interessant, etwas gefunden, das ihm sicherlich gut bedient. Zum Glück für die Welt der Physik, eines dieser Probleme war die Quantenelektrodynamik.

Da Elektromagnetismus eine Feldtheorie ist, war das Ergebnis von QED ein Quantenfeldtheorie - eine Quantentheorie, die einen Wert an jedem Punkt im Raum enthält. Sie können sich vorstellen, dass die Mathematik einer solchen Theorie einschüchternd war, gelinde gesagt, auch für diejenigen, die in der Physik ausgebildet und Mathematik.

Feynman war brillant nicht nur mit physikalischen Theorie und Mathematik, sondern auch mit Erklärung. Eine Art, wie er die Dinge vereinfacht wurde durch die Anwendung seiner Feynmandiagramme. Obwohl die Mathematik immer noch komplex war, bedeutete die Diagramme Sie über die Physik zu sprechen beginnen könnte die ganze Komplexität der Gleichungen, ohne. Und wenn man die tatsächlichen Zahlen haben müssen, half die Diagramme Ihre Berechnungen zu organisieren.

In dieser Figur ist, können Sie ein Feynman-Diagramm von zwei Elektronen sehen einander nähern. Das Feynman-Diagramm auf einem Minkowski-Raum gesetzt, die Ereignisse in der Raumzeit darstellt. Die Elektronen sind die durchgezogenen Linien (genannt Verbreiter), Und wie sie sich in der Nähe von einander bekommen, ein Photon (die verschnörkelten Verbreiter) zwischen den beiden Elektronen ausgetauscht.

Mit anderen Worten, in QED zwei Teilchen kommunizieren ihre elektromagnetischen Informationen durch Aussenden und ein Photon absorbiert wird. Ein Photon, das auf diese Weise wirkt, genannt virtuelles Photon oder ein Bote Photon, weil es für die Zwecke der Austausch dieser Informationen ausschließlich dazu geschaffen.

Das war die wichtigste Erkenntnis der QED, denn ohne diesen Austausch eines Photons, gab es keine Möglichkeit, zu erklären, wie die Informationen zwischen den beiden Elektronen mitgeteilt wurde.

Auch (und vielleicht noch wichtiger von einem Physik Standpunkt aus), eine Quantenfeldtheorie (zumindest diejenigen, die scheinen unsere reale Welt zu entsprechen) schnell erreicht unendlich, wenn Entfernungen zu klein geworden. Um zu sehen, wie diese Unendlichkeiten entstehen können, berücksichtigen die Tatsache, dass sowohl die elektromagnetischen Kräfte größer werden bei kleinen Abständen (unendlich viel größer in unendlich kleine Entfernungen) und auch der Abstand und Dynamik Beziehung aus dem Unbestimmtheitsprinzip der Quantenmechanik.

Auch sprechen über die Fälle, in denen zwei Elektronen miteinander unglaublich nah sind (wie zum Beispiel innerhalb einer Planck-Länge) wird praktisch unmöglich, in einer Welt, von der Quantenphysik geregelt.

Durch die Quantisierung Elektromagnetik, wie QED tut, Feynman, Schwinger und Tomonaga konnten die Theorie trotz dieser Unendlichkeiten zu verwenden. Die Unendlichkeiten waren noch vorhanden, aber da die virtuelle Photonen dazu geführt, dass die Elektronen nicht brauchen einander so nahe kommen, es gab nicht so viele Unendlichkeiten, und diejenigen, die keine physischen Prognosen eingegeben haben gelassen wurden.

Feynman, Schwinger und Tomonaga nahm eine unendliche Theorie und extrahiert endliche Prognosen. Eine der wichtigsten Motivationen für den Antrieb eine erfolgreiche String-Theorie zu entwickeln, ist sogar noch weiter gehen und eine tatsächlich endlich Theorie erhalten.

Das mathematische Verfahren zur Entfernung von Unendlichkeiten aufgerufen Renormierung. Dies ist ein Satz von mathematischen Techniken, die auf dem Gebiet eine sehr genau definierte Grenze für das Kontinuum von Werten enthalten vorzusehen angewendet werden kann.

Statt alle unendlich Bedingungen bei der Berechnung der Addition und eine unendliche Folge bekommen haben Physiker festgestellt, dass ihre Anwendung Renormierung Parameter innerhalb der Summierung neu zu definieren erlaubt, so dass es zu einer endlichen Menge addiert!

Ohne Renormierung Einführung werden die Werte unendlich, und wir diese Unendlichkeiten in der Natur sicher nicht zu beobachten. Mit Renormierung, erhalten jedoch Physiker eindeutige Vorhersagen, die zu den genauesten und am besten getesteten Ergebnisse in allen der Wissenschaft sind.