La théorie des cordes et de l'électrodynamique quantique

Bien que les principes de l'électrodynamique quantique ont été élaborées par trois individus, le plus célèbre fondateur de QED était indéniablement Richard P. Feynman. Feynman était aussi bien les mathématiques et l'explication d'une théorie, qui ont abouti à sa création de Diagrammes de Feynman - une représentation visuelle des mathématiques qui se passait dans CQFD.

Richard Phillips Feynman est l'un des personnages les plus intéressants dans la physique du 20ème siècle, se classant facilement avec Einstein dans la personnalité, sinon dans la gloire pure. Tôt dans sa carrière, Feynman a pris la décision consciente de ne travailler sur les problèmes qu'il trouve intéressant, quelque chose qui lui servait certainement bien. Heureusement pour le monde de la physique, l'un de ces problèmes était l'électrodynamique quantique.

Parce que l'électromagnétisme est une théorie de champ, le résultat de QED était un théorie quantique des champs - une théorie quantique qui contient une valeur à chaque point de l'espace. Vous pouvez imaginer que les mathématiques d'une telle théorie était intimidant, pour dire le moins, même à ceux formés en physique et mathématiques.

Feynman était brillant, non seulement avec la théorie physique et les mathématiques, mais aussi avec des explications. Une façon simplifiée les choses qu'il était par l'application de ses diagrammes de Feynman. Bien que le calcul était encore complexes, les schémas destinés vous pourriez commencer à parler de la physique sans avoir besoin de toute la complexité des équations. Et quand vous avez besoin des chiffres réels, les schémas ont aidé à organiser vos calculs.

Dans cette figure, vous pouvez voir un diagramme de Feynman de deux électrons approchent l'autre. Le diagramme de Feynman est réglé sur un espace de Minkowski, qui dépeint les événements dans l'espace-temps. Les électrons sont les traits pleins (appelés propagateurs), Et à mesure qu'ils près les uns des autres, un photon (le propagateur ondulée) sont échangées entre les deux électrons.

En d'autres termes, dans deux particules QED communiquent leurs informations par l'émission électromagnétique et d'absorber un photon. Un photon qui agit de cette manière est appelée photon virtuel ou un messager photon, parce qu'elle est créée uniquement dans le but d'échanger ces informations.

Ce fut l'aperçu clé de QED, parce que sans cet échange d'un photon, il n'y avait aucun moyen d'expliquer la façon dont l'information a été communiquée entre les deux électrons.

Aussi (et peut-être le plus important du point de vue de la physique), une théorie quantique des champs (au moins ceux qui semblent correspondre à notre monde réel) atteint rapidement l'infini si les distances deviennent trop petite. Pour voir comment ces infinis peuvent survenir, considérer à la fois le fait que les forces électromagnétiques deviennent plus grandes à de petites distances (infiniment plus grand à l'infiniment petit distances) et aussi la relation à distance et l'élan du principe d'incertitude de la mécanique quantique.

Même parler des cas où deux électrons sont incroyablement près de l'autre (comme dans une longueur de Planck) devient effectivement impossible dans un monde régi par la physique quantique.

En électromagnétisme de quantification, comme QED fait, Feynman, Schwinger et Tomonaga étaient en mesure d'utiliser la théorie malgré ces infinis. Les infinis étaient toujours présents, mais parce que le photon virtuel signifie que les électrons avaient pas besoin d'être si près de l'autre, il n'y avait pas autant de infinis, et ceux qui ont été laissés ne pas entrer dans les prédictions physiques.

Feynman, Schwinger et Tomonaga ont une théorie infinie et extraits prédictions finis. L'une des principales motivations pour le lecteur à développer une théorie des cordes succès est d'aller encore plus loin et obtenir une théorie réellement finie.

Le processus mathématique de suppression infinis est appelé renormalisation. Ceci est un ensemble de techniques mathématiques qui peuvent être appliquées pour fournir une limite très soigneusement défini pour le continuum des valeurs contenues dans le champ.

Au lieu de l'addition de tous les termes infinis dans le calcul et d'obtenir un résultat infini, les physiciens ont découvert que l'application de renormalisation leur permet de redéfinir les paramètres au sein de la sommation de sorte qu'il ajoute à une quantité limitée!

Sans l'introduction de renormalisation, les valeurs deviennent infinies, et nous ne certainement pas observer ces infinis dans la nature. Avec renormalisation, cependant, les physiciens obtiennent des prédictions claires qui sont parmi les résultats les plus précis et les plus testés dans toute la science.