quantum electrodynamics

Quantum field theory
Feynman diagram
History
Background Field theory Electromagnetism Weak force Strong force Quantum mechanics Special relativity General relativity Gauge theory Yang–Mills theory
Symmetries Symmetry in quantum mechanics C-symmetry P-symmetry T-symmetry Lorentz symmetry Poincaré symmetry Gauge symmetry Explicit symmetry breaking Spontaneous symmetry breaking Noether charge Topological charge
Tools Anomaly Background field method BRST quantization Correlation function Crossing Effective action Effective field theory Expectation value Feynman diagram Lattice field theory LSZ reduction formula Partition function Path Integral Formulation Propagator Quantization Regularization Renormalization Vacuum state Wick's theorem Wightman axioms
Equations Dirac equation Klein–Gordon equation Proca equations Wheeler–DeWitt equation Bargmann–Wigner equations Schwinger-Dyson equation Renormalization group equation
Standard Model Quantum electrodynamics Electroweak interaction Quantum chromodynamics Higgs mechanism
Incomplete theories String theory Supersymmetry Technicolor Theory of everything Quantum gravity
Scientists Adler Anderson Anselm Bargmann Becchi Belavin Bell Berezin Bethe Bjorken Bleuer Bogoliubov Brodsky Brout Buchholz Cachazo Callan Cardy Coleman Connes Dashen DeWitt Dirac Doplicher Dyson Englert Faddeev Fadin Fayet Fermi Feynman Fierz Fock Frampton Fritzsch Fröhlich Fredenhagen Furry Glashow Gell-Mann Glimm Goldstone Gribov Gross Gupta Guralnik Haag Hagen Han Heisenberg Hepp Higgs 't Hooft Iliopoulos Ivanenko Jackiw Jaffe Jona-Lasinio Jordan Jost Källén Kendall Kinoshita Kim Klebanov Kontsevich Kreimer Kuraev Landau Lee Lee Lehmann Leutwyler Lipatov Łopuszański Low Lüders Maiani Majorana Maldacena Matsubara Migdal Mills Møller Naimark Nambu Neveu Nishijima Oehme Oppenheimer Osborn Osterwalder Parisi Pauli Peccei Peskin Plefka Polchinski Polyakov Pomeranchuk Popov Proca Quinn Rouet Rubakov Ruelle Sakurai Salam Schrader Schwarz Schwinger Segal Seiberg Semenoff Shifman Shirkov Skyrme Sommerfield Stora Stueckelberg Sudarshan Symanzik Takahashi Thirring Tomonaga Tyutin Vainshtein Veltman Veneziano Virasoro Ward Weinberg Weisskopf Wentzel Wess Wetterich Weyl Wick Wightman Wigner Wilczek Wilson Witten Yang Yukawa Zamolodchikov Zamolodchikov Zee Zimmermann Zinn-Justin Zuber Zumino
v t e

quantum electrodynamics (tsz. quantum electrodynamicses)

1. (informatika) kvantumelektrodinamika

A kvantumelektrodinamika, röviden QED (Quantum Electrodynamics), a modern fizika egyik legsikeresebb és legpontosabb elmélete. Ez az elmélet írja le az elektromágneses kölcsönhatásokat a kvantumfizika és a relativitáselmélet eszközeivel. A QED a fény és az elektron viselkedését vizsgálja olyan mélységben, amely messze túlmutat a klasszikus elméleteken. A QED a Standard Modell elsőként kidolgozott és kísérletileg igazolt része, és kulcsszerepet játszik a részecskefizika történetében.

A QED az elektromágneses kölcsönhatások kvantumelmélete: leírja, hogyan kölcsönhatnak a töltött részecskék (mint az elektronok vagy pozitronok) a fotonokkal, az elektromágneses erő közvetítő részecskéivel.

• Kvantummechanika – a valószínűségi viselkedés, hullámfüggvények.
• Speciális relativitáselmélet – az idő és tér viszonylagossága.
• Elektrodinamika – elektromos és mágneses kölcsönhatások (Maxwell-egyenletek kvantumos megfelelője).

• Maxwell (19. sz.): az elektromágnesség klasszikus elmélete.
• Planck (1900): energia kvantált – bevezetése a kvantum fogalmának.
• Einstein (1905): fotoeffektus – a fény részecske (foton).
• Bohr (1913): kvantált elektronpályák az atomban.

• Heisenberg, Schrödinger, Dirac – a kvantumelmélet megalapozása.
• Dirac-egyenlet (1928): relativisztikus leírás az elektronra – előrejelezte az antirészecskéket (pozitron).

A második világháború utáni években a QED teljesen új matematikai és fizikai keretben formálódott meg.

Fő tudósai:

• Richard Feynman – Feynman-diagramok feltalálója.
• Julian Schwinger – operátoros formalizmus.
• Sin-Itiro Tomonaga – japán QED-formalizmus.
• Mindhárman Nobel-díjat kaptak 1965-ben.

• Elektron: spin-½ fermion, elektromos töltéssel rendelkező.
• Foton: tömeg nélküli, spin-1 bozon – az elektromágneses erő hordozója.

Az elektron és a pozitron fotonokat bocsátanak ki és nyelnek el. Ez a kölcsönhatás teszi lehetővé az elektromos és mágneses hatások kialakulását kvantum szinten.

Richard Feynman új, vizuális formát dolgozott ki a kölcsönhatások számítására: Feynman-diagramok.

• Vonalak: részecskék (elektron, pozitron, foton).
• Csomópontok: kölcsönhatás (pl. foton kibocsátása).
• Egyszerűsítik a számításokat és az interakciók megértését.

Példák:

• Elektron–foton szórás.
• Elektron–pozitron annihiláció.
• Foton–foton szórás (magasabb rendű effektus).

A QED egyik mély meglátása, hogy az „üres tér” valójában nem üres:

• A vákuumban virtuális részecskék keletkeznek és tűnnek el.
• Ezek hatással vannak a valódi részecskék viselkedésére → vákuumpolarizáció.

A QED a legpontosabb jóslatokat adó elmélet a fizika történetében.

Elméleti érték (QED alapján):

$${\displaystyle g_{e}\approx 2.00231930436}$$

Kísérleti érték: azonos 12 tizedesjegyig – ez példátlan pontosság!

• Hidrogén spektrum finom eltolódása, amit a klasszikus elmélet nem magyarázott.
• QED megjósolta → kísérleti igazolás → elmélet diadala.

A kvantumtérelméletek egyik problémája, hogy végtelenek (∞) jelennek meg a számítások során.

• Szabályosítás + újradefiniálás.
• A végtelen mennyiségeket „elnyeljük” → a fizikai mért értékek maradnak meg.

Feynman, Schwinger és Tomonaga mind hozzájárultak ehhez a forradalmi megoldáshoz.

• A QED egyesült a gyenge kölcsönhatással (Weinberg–Salam-modell, 1970-es évek).
• Az elektromágneses és gyenge kölcsönhatások valójában egy közös elektrogyenge kölcsönhatás két aspektusai.
• Közvetítő részecskék: foton, W⁺, W⁻, Z⁰.

• A QED a Standard Modell kulcskomponense.
• A QCD (kvantumszíndinamika) – az erős kölcsönhatás analóg elmélete.
• A QED tehát nem izolált, hanem a teljes elemi részecskék világa része.

A QED nemcsak elmélet, hanem kísérletileg igazolt tudomány is:

• CERN, Fermilab, SLAC – nagyenergiás gyorsítók, szóráskísérletek.
• Lézerek, kvantumelektronika – a QED alapjaira épül.
• GPS, MRI, elektronmikroszkóp – kvantumos elektromágneses kölcsönhatások.

• Valószínűségi világkép: nem tudjuk előre megmondani, pontosan mi történik, csak annak esélyét.
• Üres tér illúziója: a vákuum tele van kölcsönhatásokkal.
• Egzakt jóslatok lehetősége: bár a világ nem determinisztikus, a statisztikai viselkedés pontosan modellezhető.

• A QED nem magyarázza a gravitációt – ez a kvantumgravitáció feladata.
• Az elmélet nem végső – része egy nagyobb egységesített törekvésnek.
• Új irányok: szuperhúrelmélet, hurkok kvantumgravitációja, grand unification.

A kvantumelektrodinamika a 20. század tudományának csúcsteljesítménye. Az elektromágneses kölcsönhatások minden ismert megnyilvánulását képes:

• leírni,
• modellezni,
• és csodálatos pontossággal megjósolni.

• Az elektromos töltések fotonok kibocsátásával és elnyelésével lépnek kölcsönhatásba.
• A világ valószínűségek szerint működik, nem determinisztikusan.
• A vákuum aktív tér, nem semmi.
• Az elmélet kísérletileg ellenőrzött, a valaha volt legpontosabb mérésekkel.

• Richard Feynman
• Julian Schwinger
• Sin-Itiro Tomonaga

„Ha valaki csak egy elméletet vihetne magával egy idegen világba, az a kvantumelektrodinamika lenne.” – Freeman Dyson

A QED tehát nem csupán fizika – hanem a világegyetem működésének finom, kvantált tánca, ahol fény és anyag kölcsönhatása zajlik minden pillanatban, mindenhol.

• quantum electrodynamics - Szótár.net (en-hu)
• quantum electrodynamics - Sztaki (en-hu)
• quantum electrodynamics - Merriam–Webster
• quantum electrodynamics - Cambridge
• quantum electrodynamics - WordNet
• quantum electrodynamics - Яндекс (en-ru)
• quantum electrodynamics - Google (en-hu)
• quantum electrodynamics - Wikidata
• quantum electrodynamics - Wikipédia (angol)