极简量子力学：一张图看懂什么是玻色子、费米子、希格斯子

量子电动力学(QuantumElectrodynamics，英文简写为QED)是量子场论中最成熟的一个分支，它研究的对象是电磁相互作用的量子性质(即光子的发射和吸收)、带电粒子的产生和湮没、带电粒子间的散射、带电粒子与光子间的散射等等。它概括了原子物理、分子物理、固体物理、核物理和粒子物理各个领域中的电磁相互作用的基本原理。量子电动力学是从量子力学发展而来。量子力学可以用微扰方法来处理光的吸收和受激发射，但却不能处理光的自发射。电磁场的量子化会遇到所谓的真空涨落问题。在用微扰方法计算高一级近似时，往往会出现发散困难，即计算结果变成无穷大，因而失去了确定意义。后来，人们利用电荷守恒消去了无穷大，并证明光子的静止质量为零。量子电动力学得以确立。量子电动力学克服了无穷大困难，理论结果可以计算到任意精度，并与实验符合得很好，量子电动力学的理论预言也被实验所证实。到20世纪40年代末50年代初，完备的量子电动力学理论被确立，并大获全胜。量子电动力学认为，两个带电粒子(比如两个电子)是通过互相交换光子而相互作用的。这种交换可以有很多种不同的方式。最简单的，是其中一个电子发射出一个光子，另一个电子吸收这个光子。稍微复杂一点，一个电子发射出一个光子后，那光子又可以变成一对电子和正电子，这个正负电子对可以随后一起湮灭为光子，也可以由其中的那个正电子与原先的一个电子一起湮灭，使得结果看起来像是原先的电子运动到了新产生的那个电子的位置。更复杂的，产生出来的正负电子对还可以进一步发射光子，光子可以在变成正负电子对……而所有这些复杂的过程，最终表现为两个电子之间的相互作用。量子电动力学的计算表明，不同复杂程度的交换方式，对最终作用的贡献是不一样的。它们的贡献随着过程中光子的吸收或发射次数呈指数式下降，而这个指数的底，正好就是精细结构常数。或者说，在量子电动力学中，任何电磁现象都可以用精细结构常数的幂级数来表达。这样一来，精细结构常数就具有了全新的含义:它是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的一种度量，或者说，它就是电磁相互作用的强度。

量子电动力学 量子电动力学（Quantum Electrodynamics，简写为QED），是量子场论中最成熟的一个分支，它研究的对象是电磁相互作用的量子性质（即光子的发射和吸收）、带电粒子的产生和湮没、带电粒子间的散射、带电粒子与光子间的散射等等。它概括了原子物理、分子物理、固体物理、核物理和粒子物理各个领域中的电磁相互作用的基本原理。 量子电动力学是从量子力学发展而来。量子力学可以用微扰方法来处理光的吸收和受激发射，但却不能处理光的自发射。电磁场的量子化会遇到所谓的真空涨落问题。在用微扰方法计算高一级近似时，往往会出现发散困难，即计算结果变成无穷大，因而失去了确定意义。后来，人们利用电荷守恒消去了无穷大，并证明光子的静止质量为零。量子电动力学得以确立。量子电动力学克服了无穷大困难，理论结果可以计算到任意精度，并与实验符合得很好，量子电动力学的理论预言也被实验所证实。到20世纪40年代末50年代初，完备的量子电动力学理论被确立，并大获全胜。 量子电动力学认为，两个带电粒子（比如两个电子）是通过互相交换光子而相互作用的。这种交换可以有很多种不同的方式。最简单的，是其中一个电子发射出一个光子，另一个电子吸收这个光子。稍微复杂一点，一个电子发射出一个光子后，那光子又可以变成一对电子和正电子，这个正负电子对可以随后一起湮灭为光子，也可以由其中的那个正电子与原先的一个电子一起湮灭，使得结果看起来像是原先的电子运动到了新产生的那个电子的位置。更复杂的，产生出来的正负电子对还可以进一步发射光子，光子可以在变成正负电子对……而所有这些复杂的过程，最终表现为两个电子之间的相互作用。量子电动力学的计算表明，不同复杂程度的交换方式，对最终作用的贡献是不一样的。它们的贡献随着过程中光子的吸收或发射次数呈指数式下降，而这个指数的底，正好就是精细结构常数。或者说，在量子电动力学中，任何电磁现象都可以用精细结构常数的幂级数来表达。这样一来，精细结构常数就具有了全新的含义：它是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的一种度量，或者说，它就是电磁相互作用的强度。 1965年诺贝尔物理学奖授予日本东京教育大学的朝永振一郎（Sin-Itiro Tomonaga，1906—1979），美国马萨诸塞州坎布里奇哈佛大学的施温格（Julian S.Schwinger，1918—1994）和美国加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的费曼（Richard Phillips Feynman，1918—1988），以表彰他们在量子电动力学所作的基础工作，这些工作对基本粒子物理学具有深远的影响。 费曼、施温格和朝永振一郎的贡献就是用不同方法独立地异途同归地解决了这一困难，从而建立了量子电动力学的新理论体系。他们从不同的渠道运用“重正化”概念把发散量确切地归入电荷与质量的重新定义中，从而使高阶近似的理论结果不再会遇到发散。“重正化”的意思就是用一定的步骤把微扰论积分中出现的发散分离出去，吸收到相互作用耦合常数及粒子的质量中，并通过重新定义相互作用耦合常数和粒子的质量，来获得不发散的矩阵元，使计算结果可与实验对比。 有了重正化方法，量子电动力学获得了巨大成功，由此计算出来的电子反常磁矩和兰姆位移与实验结果相符达十几位量级。可见，量子电动力学是何等精确的理论。这一切既要归功于众多对现代物理学作过贡献的物理学家，更要归功于1965年这三位诺贝尔物理学奖获得者。 费曼1918年5 月11日出生于美国纽约市郊俄国移民犹太族家庭里，1935年进入麻省理工学院（MIT），先学数学，后转物理。1939年本科毕业，毕业论文发表在《物理评论》（Phys.Rev.）上，内有一个后来以他的名字命名的量子力学公式。1939年9月在普林斯顿大学当惠勒（J.Wheeler）的研究生，致力于研究量子力学的疑难问题：发散困难。第二次世界大战中，参加洛斯阿拉莫斯科学实验室研制原子弹。1942年得普林斯顿大学理论物理学博士学位。战争结束后到康奈尔大学任教。自1951年起任加利福尼亚理工学院教授。 费曼于40年代发展了用路径积分表达量子振幅的方法，并于1948年提出量子电动力学新的理论形式、计算方法和重正化方法，从而避免了量子电动力学中的发散困难。目前量子场论中的“费曼振幅”、“费曼传播子”、“费曼规则”等均以他的姓氏命名。费曼图是费曼在四十年代末首先提出的，用于表述场与场间的相互作用，可以简明扼要地体现出过程的本质，费曼图早已得到广泛运用，至今还是物理学中对电磁相互作用的基本表述形式。 1958年费曼和盖尔曼合作，提出了弱相互作用的矢量-膺矢量型理论（即V-A理论，又称普适费米型弱相互作用理论）。这是经过20余年曲折发展以后所达到的关于弱相互作用的正确的唯象理论。这一理论为以后温伯格、萨拉姆和格拉肖建立电磁相互作用和弱相互作用的统一理论开辟了道路。在50年代前期，费曼还曾经从事发展液氮的微观理论的研究工作。 费曼的路径积分方法是他的独创性又一个鲜明的例证。 费曼总是以自己独特的方式来研究物理学。他不受已有的薛定谔的波函数和海森堡的矩阵这两种方法的限制，独立地提出用跃迁振幅的空间-时间描述来处理几率问题。他以几率振幅叠加的基本假设为出发点，运用作用量的表达形式，对从一个空间-时间点到另一个空间-时间点的所有可能路径的振幅求和。这一方法简单明了，成了第三种量子力学的表述法。 1968年费曼根据电子深度非弹性散射实验和布约肯（J.D.Bjorken）的标度无关性提出高能碰撞中的强子结构模型。这种模型认为强子是由许多点粒子构成，这些点粒子就叫部分子（parton）。部分子模型在解释高能实验现象上比较成功，它能较好地描述有关轻子对核子的深度非弹性散射、电子对湮灭、强子以及高能强子散射等高能过程，并在说明这些过程中逐步丰富了强子结构的物理图像。 1986年2月费曼应邀参加总统委员会，调查“挑战者”号失事原因。会议前一天，他先去喷气推进实验室了解情况，作了详细记录。当时众说纷纭，莫衷一是。他敏锐地注意到密封问题。会议令他失望，互相扯皮，推卸责任，没完没了地听取证人的证词。费曼要求再去调查，结果发现美国航天局的报告自相矛盾。他注意到，他们原来是用计算机分析橡胶的弹性，条件不合要求。有一将军问费曼，低温对橡胶有无影响？提醒了他注意到用于密封的O圈在-2℃可能失去弹性。费曼还注意到，在发射前火箭公司有一位工程师坚持不宜发射的意见，但经理在军方压力下同意了。进一步调查还表明，发射台的温度数据欠准。1986年2月，费曼公正地把真相公之于众。1986年2月11日在总统委员会开会论证时，费曼把一块与O圈材料相同的橡胶投入冰水中，证明“挑战者”号失事的原因就在于寒冷的气候。这件事曾经轰动了全世界，但是人们哪里知道，这时费曼正在顽强地与胃癌斗争，不久他就与世长辞了。 费曼的重要著作有：《量子电动力学》、《量子力学和路径积分》，与希布斯合著《光子强子相互作用》等。《费曼物理学讲义》（共三卷）是美国六十年代科学教育改革的重要尝试，虽然深度、广度过高，但不失为优秀参考读物。费曼在前言中写道：“我讲授的主要目的，不是帮助你们应付考试，也不是帮你们为工业或国防服务。我最希望做到的是，让你们欣赏这奇妙的世界以及物理学观察它的方法”。1973年诺贝尔物理学奖获得者贾埃沃（I.Giaever）说过：费曼是对他影响最大的物理学家，而《费曼物理学讲义》是对他影响最深的书籍。这套讲义的特色是：引人入胜，丰富生动，论述精辟，富于启发。费曼透彻讲解了物理现象的本质和规律。费曼的自传：《别闹了，费曼先生》是一本备受欢迎的文学著作。 如果说费曼是一代奇才，则施温格也不愧为物理学家中的“莫扎特”。施温格1918 年2月12日出生于纽约，他自幼聪慧过人，在数学和科学方面显示出非凡的才能。由于多次跳级，14岁即高中毕业，进入纽约市立学院学习。他爱好自学，从图书馆中借阅了各种物理书籍，经常不到课堂听讲。据说，统计力学课他从未出席，却在期末考试中成绩突出，因为他推导的步骤比其他同学按课堂上学到的方法简捷得多。有人夸奖年轻的施温格说：“他对物理学就像莫扎特对音乐那样。”哥伦比亚大学的拉比教授非常欣赏施温格的才华，对人说：施温格已经知晓了物理学的 90％，其余的“只要几天就够了”。在拉比的推荐下，施温格转到哥伦比亚大学，并于1936年获学士学位，1939年获博士学位，时年21岁。然后到伯克利加州大学当了奥本海墨的研究助理。1941年到柏图大学任教，后来到芝加哥大学参加原子反应堆设计。为了避免卷入原子弹计划，施温格在1943年离开芝加哥，转到麻省理工学院，从事雷达系统的改进。正是这项工作使他对电磁辐射理论发生了兴趣，把工作重点转到量子电动力学的理论。1945年施温格应聘成为哈佛大学副教授，两年后升教授，成为该校最年轻的教授。就是在这段时期，施温格进行了重正化的研究。他的方法与费曼的不同，如果说费曼用的是“积分”方法，则施温格用的是“微分”方法，但是两种方法得到的结果是一样的。 量子电动力学的另一位奠基人朝永振一郎1906 年3月31日出生于日本东京，1929年毕业于京都大学理学部物理学科，随后在玉城嘉七郎研究室任临时见习研究生，3年之后，赴东京理化研究所，在仁科芳雄研究室当研究员，1937年留学德国，在海森伯的领导下研究原子核理论和量子理论，1939年底，回国接受东京帝国大学的理学博士学位。1941年，任东京文理科大学物理学教授，提出量子场论的超多时理论，第二次世界大战期间，曾经研究雷达技术中磁控管的理论，发表了《分割阳极磁电管理论》的论文，战后继续研究和发展他的超多时理论和介子耦合理论，同时参与《理论物理进展》的创办工作。朝永振一郎以他的超多时理论为基础，找到了一种避开量子电动力学中发散困难的重正化方法，利用这种方法，可以成功地解释兰姆位移和电子反常磁矩的实验。他的工作几乎与施温格和费曼同时。他们独立地完成了类似的研究，达到了同样的目的，真可谓殊途同归。他们的研究使得描写微观世界的量子电动力学理论成为一个精确的理论，并对以后的理论发展产生了深远影响。1949年，朝永振一郎应聘赴美国普林斯顿高级研究院工作，提出了高密度极限的多费密子体系的一维模型理论。回国后创建了东京大学原子核研究所。1956年以后，先后出任东京教育大学校长、日本学术会议会长、东京教育大学光学研究所所长。他还得到日本学士院院士、日本文化勋章以及好几个国家的科学院荣誉院士称号。1957年5月朝永振一郎曾率领日本物理代表团来中国访问并进行学术交流。朝永振一郎于1979年7月8日在东京病逝。

费曼图记录了量子场在给定初始状态下的不同演化方式。除了初始和最终粒子是可以被探测到的真实粒子之外，在这些图中充当信使的粒子被称为虚拟粒子，这些是无法被探测到的粒子，它们会表现出一些相当奇怪的特性，它们只是用来描述两个电子在一定距离内如何相互作用的中介。 数学上，每一种情形，每一个费曼图，都对应一个非常严格的方程，虚粒子只是直观地解释方程某些部分的一种方式。也就是说，尽管它们只是由我们的数学模型产生的中介物，但考虑这些虚粒子是必要的，因为它们解释了场的相互作用，因此也解释了电子的行为。 但是如果我们想要预测电子的实际行为，这并不能给我们太多帮助。我们想知道，如果我们进行这个实验，会发生哪些情况？这个问题的答案是微妙的，可能看起来违反直觉，但这正是使量子理论如此强大的原因。 我们的宇宙并不只遵循其中一种情况，它根据所有可能的情况同时发展。在某种程度上，从一个给定的初始情境开始，所有的可能性都同时、平行地发生，作为每一个可以想象的场景的叠加。为了描述电子的行为，有必要考虑量子电动力学中的所有费曼图。 在量子电动力学中，它允许我们为每种情况计算一个数字： 振幅。我们可以把每一个图表想象成层，它们的振幅是一种不透明度。许多不同的场景有不同的振幅，通过对所有这些不同振幅的场景进行叠加，就像我们叠加了许多不透明的层一样，这样我们就可以计算系统的概率。 费曼图与其说是对真实现象的描述，不如说是一种非常强大的工具，它允许我们计算观察到结果的概率。当我们在现实世界中进行这个实验时，如果我们抛出两个电子，它们在某种程度上互相排斥。在我们的尺度上，我们有这样的印象：两个电子受到一个连续的力，而从根本上说，这个力只是电子通过虚粒子交换运动的所有可能的相互作用的概率合成。 总之，量子电极动力学是一个复杂的理论，但它允许我们以令人震惊的方式预测电子、正电子和光子如何相互作用。通过综合所有具有不同振幅的可能场景，该理论在基本尺度上解释和预测了所有光学定律和光与物质相互作用时的行为。 从 历史 上看，这个模型是量子场理论的第一个成功例子，它将物质描述为量子场，将相互作用描述为虚粒子，并提出了一种基于图和振幅的非常优雅的计算方法。

前者描述电磁相互作用，后者描述强相互作用。前者对应的规范对称性是U（1），是阿贝尔的；后者对应的规范对称性是SU（3），是非阿贝尔的，这也导致强相互作用和电磁相互作用有很大的不同，我们知道电磁相互作用是长程相互作用，媒介粒子是光子，而强相互作用是短程的，媒介粒子是胶子，量子色动力学引入了一个新的自由度，叫色，而胶子可以有8种色，正因如此QCD具有夸克禁闭，渐进自由这样奇异的性质。

从学科定位来看：量子光学是光学的一个分支，主要侧重于光现象的量子效应，当光的粒子数密度极高，且探测仪器分辨本领远低于一个光子的能量时，用波动光学即可。而量子电动力学则是关于带电物质与电磁场相互作用的量子理论，当带电物质的粒子性或者电磁场的波动性可忽略时，用经典电动力学描述即可。从原理上讲：量子光学是将光视为量子电磁场，对光的特性及其与物质相互作用进行研究的理论；量子电动力学（QED）是关于量子电磁场本身以及带电物质与量子电磁场相互作用的电磁理论；量子场论是研究各种量子场及其一般特性的理论。即有：量子场论>量子电动力学>量子光学。

① 电子吸收或发射一个光子之后改变其运动状态，以图1a表示；②　正电子吸收或发射一个光子之后改变其运动状态，以图1b表示，图中与时间方向相反的箭头表示正电子（电子的反粒子）；③　光子转变为电子—正电子对，以图1c >表示；④　电子—正电子对湮没为光子，以图1表示。由于能量—动量守恒的要求，单独由HI作用一次还不能构成实际过程。例如康普顿散射电子（四动量p）+光子（四动量k）→电子（四动量p"）+光子（四动量k"）的最低阶由图2a组成，这个图是由HI作用两次（图上相应有两个顶点），其振幅与电子电荷的二次方值e2成正比，而几率与e4即与精细结构常数的二次方值α2成正比。正负电子对湮没为两个光子最低阶由图2b组成。

大二。量子电动力学是应用物理学专业二年级学生开设的专业基础课，量子电动力学简介量子场论发展中历史最长和最成熟的分支。简写为QED，主要研究电磁场与带电粒子相互作用的基本过程。在原则上，原理概括原子物理。

量子电动力学（QED）属于量子场论（QFT）的一个分支。QFT又被称为相对论性多粒子量子力学所谓相对论性，是指把狭义相对论当做基本原理。所谓多粒子，是指涉及到了粒子的创生湮灭过程。如在粒子碰撞过程中得到的不仅仅只有原来的粒子，也会有新的其他粒子产生。这些特性是量子力学不具有的。

1925年量子力学创立之后不久，P.A.M.狄拉克于1927年、W.K.海森伯和W.泡利于1929年相继提出了辐射的量子理论，奠定了量子电动力学的理论基础。 在量子力学范围内，可以把带电粒子与电磁场相互作用当作微扰，来处理光的吸收和受激发射问题，但却不能处理光的自发射问题。因为如果把电磁场作为经典场看待，在发射光子以前根本不存在辐射场。原子中处于激发态的电子是量子力学中的定态，没有辐射场作为微扰，它就不会发生跃迁。自发射是确定存在的事实，为了解释这种现象并定量地给出它的发生几率，在量子力学中只能用变通的办法来处理。一个办法是利用对应原理，把原子中处于激发态的电子看成是许多谐振子的总和，把产生辐射的振荡电流认定与量子力学的某些跃迁矩阵元相对应，用以计算自发射的跃迁几率。从这个处理办法可以得到M.普朗克的辐射公式，以此反过来说明对应原理的处理是可行的。另外一种办法是利用A.爱因斯坦关于自发射几率和吸收几率间的关系。虽然这些办法所得的结果可以和实验结果符合，但在理论上究竟是与量子力学体系相矛盾的──量子力学的定态寿命为无限大。 1947年实验物理学提出了挑战。在此以前，狄拉克相对论波动方程对描述电子行为是十分成功的：它能预指出电子自旋为1/2,磁矩（称为玻尔磁子），所给出的氢原子能级和实验也符合得较好。由于实验技术的迅速发展，更精确的测量给出氢原子的2P1/2和2S1/2态能量稍有差别，而狄拉克方程给出这两个状态能量相同。这个差别称为兰姆移位。另外，电子磁矩也略偏离于一个玻尔磁子。在此以前曾考虑过，电子是要和电磁辐射场的真空涨落相互作用的。但计算这种相互作用能遇到了发散困难，因此被搁置起来。在确切的实验结果面前，就非解决不可了。兰姆移位发现后一年，H.A.贝特就作了一个估算。他考虑处于2S1/2和2P1/2态的电子和真空涨落的相互作用能虽然都是无限大，但经过一些近似处理它们的差可得出有限值，而且和实验定性符合。于是如何从无限大中分出有意义的有限部分就成为一系列新的计算的共同指导思想，虽然这些尝试都还比较成功，但它们都有一个共同的问题：从无限大分出有意义的有限结果的过程都很繁琐而且不很可靠。因此需要找出明确、简洁而且在理论上有根据的办法，它的结果还要和实验符合。新的理论体系是由R.P.费因曼、J.S.施温格、朝永振一郎、F.J.戴森等人在1948～1949年建立的。他们用“重正化”的概念把发散量确切而不含混地归入电荷与质量的重新定义之中，从而使高阶近似的理论结果都不再包含发散。发散量的处理充分利用了相对论协变性和规范不变性。新理论表述之所以能够作到确切地处理发散量，是因为从一开始就把理论表述严格地建立在相对论协变形式及规范不变要求的基础之上。 在新的理论表述形式下进行了各种过程的高阶修正的计算，这些结果都满足了由于实验条件和精确度的提高对理论提出的愈来愈高的要求。量子电动力学是一种规范场的理论。将电磁作用和弱作用统一起来是量子场论的一个重要发展阶段。电弱统一理论的标准模型以及描述强相互作用的量子色动力学都是属于规范场理论的范畴。它们的建立都从量子电动力学的理论及方法中得到借鉴和启示。从量子电动力学的研究中建立起来的重正化理论不仅用于粒子物理，而且对统计物理也是有用的工具（见相和相变、重正化群）。

现代物理理论探索中，量子场论的创建首先是由狄拉克在1927年写下电子的相对论方程开始的。在他的框架中，电磁场是无穷维振动的迭加，每一维振动的能量取一系列分立的数值，使其量子化，而振动中被缴发时能级态的上下跃迁，就对应着光子的产生与湮灭。1928年约当和维格纳引入了电子场的概念，给出了狄拉克的电子相对论量子力学方程的全新解释，并仿照狄拉克的电磁场量子化方式，建立了电子场的量子化理论，称量子电动力学，一般用“QED”表示。该理论于1929年受到了海森堡和泡利的进一步研究。在QED中：电磁场是矢量场，其量子φ是自旋为1的光子，为玻色子，反粒子就是它自己；而电子场ψ是旋量场，其量子则是自旋为1/2的电子，为费米子，它的反粒子是正电子；ψ是以电流的形式与φ相耦合的，而φ则具有定域规范对称性，可以用U（1）群描述；ψ激发时能态的上下跃迁，就对应着正负电子对的产生与湮灭。由于QED有上述简单约定，就可以描述包括粒子产生和湮灭在内的多粒子系统，能够与实验高度一致，因此它便被现代物理学普遍接受，并把同样的手段和方法类推到了弱电作用的统一及强相互作用，构建出了众人称颂的规范理论的标准模型。（一）QED中电子之间的相互作用，被规定为是电流之间通过电磁场φ为媒介发生的耦合，由于理论家们并能直接求解相互作用方程，只能求解自由场方程，因此在具体求解相互作用方程时，就把相互作用看成一种对自由场的微弱的扰动，把与实验相关的散射截面和衰变宽度等物理量表示成是相互作用强度α的幂级数，由于α=1/137很小，所以就可以逐级求出它的近似解。这种方法称之为微扰论。这是一种求解电子相互作用方程的有效的近似方法。微扰论的所有最低级近似计算都很简单，而且与当时的实验结果符合得很好，但是如果把精度再提高一级，上述构想就暴露出了严重的问题。1930年，美国物理学家奥本海默计算了电子与它自己的电磁场φ的相互作用。由于φ是具有连续无穷维自由度系统，每一维自由度都会不断发射或吸收虚光子、及由于真空极化形成的正负虚电子对的产生与湮灭，它与电子场ψ是二元存在。奥本海默的计算涉及到了对φ的所有虚光子的动量积分，它的取值自然也就成为了无穷大。电子与自己场的这种相互作用构成的是电子自能，也就是电子的质量。这个结果表明，在最低级近似下求得的电子质量是无穷大。同时，奥本海默还得出，电子吸收或放出虚光子截面也是无穷大。作为QED二级微扰近似过程的一个部分，电子之间相互作用过程中，始终都会有真空极化的正负虚电子对产生，但以此为依据进行的计算又表明，电子电量也是无穷大。QED得到的这种不符合实际无穷大，也称是它的发散困难。那么，怎样消除QED的这种难堪的发散困难呢？后来理论家们发现了一种称为重整化的运算规则，其具体方法就是在计算中通过重新定义质量、电荷等物理常数，把可以导致无穷大的结果都吸收掉，从而使计算能够得到定量的有限取值。对这种方法的物理解释是：由于电子总是被虚的光子和虚的正负电于对所包裹，所以对它的计算会导致无穷大，如果把它真实存在称为裸电子，我们是看不到裸电子的，所以在考虑电子实际的真实存在时，计算中就应当重新定义电子的质量与电荷，从而把那些可能出现的发散项都吸收掉。特别说明：重整化使QED的理论与实验测量在很高的精度上保持了一致，非常有效。（二）显然，重整化首先属于吸收QED发散项的一种在计算中使的数学技巧，再根据理论家们对这种数学技巧的解释，很容易有以下认识：1．容易理解，计算中QED有发散项并没有逻辑错误，它产生的根源，就是由于电磁场φ与电子场ψ是独立的二元存在，以及φ具有连续无穷维自由度，有真空极化，而“重整化”重新定义电子的有限物理量，其实质也就是否定了φ与场ψ是独立的二元存在，以及φ具有连续无穷维自由度，有真空极化。这就是说，只有离开了QED所构想的电磁场的图景，所做的计算才能与实际保持一致。重整化吸收QED中的发散项，这也就意味着现代理论物理学中、以QED为模式的量子场图景是根本错误的。现代理论物理学中，QED产生无穷大的根源，是因为形成电作用的电磁场根本就不是现代量子场论所设想的那样。即QED实际仅仅只是给出了定量表述电子参与电磁作用的一种数学方法，并没有给述电子参与电磁作用的真实物理图景。2．正因为QED并没有给述电子参与电磁作用的真实物理图景，由此就形成现代量子场理论描述基础不确定的危机，即现代量子场理论的描述基础还没有正确地建立起来。对此最典型的证据，就是我们在当前这个基础上所进行的计算，总会出现无穷大的发散项，虽然我们能够找出抛弃无穷大的一些规则，但这些规则并不来自理论本身的逻辑前提，并没有解决理论为什么会出现发散项的问题，完全是人为的，而我们相信量子场理论的理由，也仅仅只是因为它的数学结果能够与观测相符合，而这种数学结果的获取需要使用人为规则；这是显而易见的人工雕琢。也正因为现代量子场理论描述基础的不确定，所以当我们把QED观念用于了能量非常高、作用距离非常小的粒子时，重整化技巧也就会完全失效，相互作用的方程也就不会有合理的解。后来，虽然通过希格斯机制似乎解除了理论的这种危机，但怎样准确计算希格斯机制的质量？希格斯机制需要的希格斯粒子是否存在，这些理论本身并不能确定。因此希格斯机制并没有化解现代量子场理论描述基础的危机，而只不过是改变了这种危机的方式。3．现存的场量子理论中，不仅描述电磁作用的QED，包括描述弱电统一的萨拉姆和格拉肖的模型、描述强作用的量子色动力学，以及包括超弦理论在内，凡涉及到与真空相关联的计算，就总会有无穷大的发散项， 例如真空自能发散、真空涨落发散、跃迁矩阵元紫外发散等等。所有这些事实皆表明，量子场理论描述真空受激发产生出虚粒子的真空观、与实际并不相符。因此，要解决现代量子场理论描述基础的危机，就应当离开量子场理论的虚粒子真空观，依照真空受激发表现出来的现象事实，去重新认识真空，从而形成全新的描述依据。这是实现量子场理论描述基础正确，使其完备自洽，不产生无意义的发散项、并能够适用于任何相互作用，对量子化场理论作出根本改善的关键。

量子电动力学计算的磁矩值由于高阶修正偏离一个玻尔磁子 1918年施温格计算了α一阶修正，结果，而1981年有人计算了α四阶修正，得出μe=1。001159652(148)μB而实验值是μe=1。0011596522(31)μB这种实验的和理论计算的精确度以及它们符合的程度在整个物理学领域中都是罕见的。重正化对发散困难的解决并不彻底。它只是用适当的办法把发散分为两部分：抽出有意义的有限项而把剩余的发散和物理上不能直接测量的量合并起来重新定义为物理上的实测量。它并没有从理论中将发散消除。理论的困难、应用范围及实验检验 　量子电动力学中的发散问题仍有待于根本解决。另外，量子电动力学是把电子当作基本场看待的。作为粒子，它是点状的，也就是没有结构的。当然，在一定的阶段（即能量小于一定限度，或距离大于一定限度）时，这种考虑是合理的，也是必要的。但是这些界限的值是多大，实验物理学多年来一直在探索这个问题，目的是要观察在短矩离（高能量）情况下电子偏离点状的情况。当前，探索的最有力的工具是正负电子对撞机，因为它可以获得质心系中很高的能量。用对撞机可以研究正负电子对转化成正负μ子对的反应根据量子电动力学（带电轻子为点状），在能量远大于电子静止能量时这个过程的截面的最低次近似值S是质心系能量的二次方。如果在S值很高时发现截面偏离包括辐射修正在内的相应公式的值时，可能就是电子偏离点状的信号。结果是：在质心系能量为38GeV时在10-16cm以外电子可以认为是点状的，或者说电子如有结构，也至少要在10-16cm以下。今后的高能正负电子对撞机可以把这个界限继续往下压缩，或许在距离小于某一极限时发现电子结构。量子电动力学的计算结果都要依靠微扰论。这是基于是个小参量的前提之上的。但由于真空极化效应，在距离愈来愈小时，α 的值随着电荷的有效值增大。这迟早会使基于微扰论的结果失效。但实际上这要到距离小到亦即1.22×10-70厘米时才会发生。但早在到达这个距离之前就必须考虑其他效应了。当距离小到史瓦西半径1.352×10-55厘米时，电子周围的时空度规已显著偏离闵可夫斯基度规，而引力作用就必须加以考虑。在这以前就会遇到普朗克距离1.616×10-33cm（相当1.221×1019GeV），此时时空度规会发生较大的涨落，量子引力就应予以考虑（见广义相对论)。根据SU(5)的大统一理论,到距离1.97×10-29cm(相当1015GeV)电磁耦合常数就和弱相互作用、强相互作用的耦合常数汇合在一起成为大统一的耦合常数了，而它将随距离减小而下降。看来极为可能的是，距离小到一定程度时，电子已不仅和电磁场相互作用，而其他相互作用在强度上都会和电磁作用相比，因而会出现具有丰富内容的物理现象，从而使人类有可能揭示更深刻的物理规律。事实在已经观察到电弱统一理论的标准模型中所预言的电磁相互作用和弱相互作用的干涉效应。

解决发散困难的指导思想就是把理论中所有能产生发散的基本费因曼图找出，并通过重新定义一些参量对它们进行处理。在理论中开始引进一些参量如电子电荷e0及质量m0。在考虑了各类、各级修正之后，发现包含发散的基本图有三种，即电子自能、真空极化和顶角修正。在理论中恰好能够通过重新定义电子的电荷、质量和场量ψ把这些发散吸收进去。例如，可以重新定义电子质量（称为重正化质量）me=m0+δm,此处δm是各级修正中的发散量，然后把me解释为实验观测的电子质量。至于m0，它是不可观测的，因为它代表电磁场不存在时的电子质量，而不和电磁场相互作用的电子是根本不存在的。经过重正化的处理后，各阶修正的结果都不再包含发散。计算的各阶辐射修正可和实验进行比较。著名的两个例子是兰姆移位和电子磁矩。

《费曼物理学讲义》是美国物理学家费曼在美国大一大二年级学生讲课时的讲义，最后由后人整理成为一套教程即《费曼物理学讲义》。从内容上看，都是最基本的普通物理内容。所谓普通物理，就是因为很多定律和规律都由实验出发，通过推理、总结成的规律。因此，他的要求不是很高，数学要求也不高，只要本科生学习了高等数学就可以看。全书思路非常清晰、内容通俗易懂、数学处理很明晰、简易。因此，这是学习普通物理、基础物理的很好的国外名著。而《量子电动力学讲义》就不一样了！首先请你搞清楚量子电动力学在物理学中的地位。本科生首先学习普通物理，即力学、热学、电磁学、光学、原子物理学;然后学习一门理论物理的数学基础课——数学物理方法；然后就开始学习理论物理四大力学，即分析力学、电动力学、统计力学、量子力学，然后是固体物理学、相对论。到此、本科阶段的物理就差不多了。而到了硕士阶段，再学高等量子力学。有啦本科阶段的量子力学和硕士阶段的高等量子力学才能学习量子电动力学。我想量子电动力学的地位和普通物理的地位相比，就显而易见了吧。

我学过量子力学和电动力学，量子电动力学没学过，看介绍可能是量子力学与电动力学的交叉而出现的一门课程

下表列出了世纪之交物理学上有重大意义的实验发现:eginmbox{年代}& mbox{人物}& mbox{贡献} 1895 & mbox{伦琴} & mbox{发现X射线} 1896 &mbox{贝克勒尔}& mbox{发现放射性}1896 &mbox{塞曼} & mbox{发现磁场使光谱线分裂}1897 &mbox{J.J汤姆生} &mbox{发现电子}1898 &mbox{卢瑟福} & mbox{发现}alpha.eta mbox{射线}----1898 &mbox{居里夫妇} &mbox{发现放射性元素钋和镭}1899--1900 &mbox{卢梅尔和鲁本斯等人} &mbox{发现热辐射能量分布曲线偏离维恩分布率}--1900 &mbox{维拉德} &mbox{发现了}gammambox{射线}1901 &mbox{考夫曼} &mbox{发现电子的质量随速度增加}1902 &mbox{勒那德} &mbox{发现光电效应基本规律}1902 &mbox{里查森} &mbox{发现热电子发射规律}1903 &mbox{卢瑟福} &mbox{发现放射性元素的蜕变规律}

电磁相互作用和弱相互作用的统一理论。描述电磁作用的量子理论是量子电动力学，它是一种规范理论，可通过重正化方法消除发散困难，以极高的精度与实验结果相符合 ，是物理学中最成功的理论。量子色动力学(Quantum Chromodynamics，简称QCD)是一个描述夸克之间强相互作用的标准动力学理论，它和量子电动力学是粒子物理标准模型的一个组成部分。简单来说，电弱统一理论就是一个能够同时描述电磁相互作用与弱相互作用的理论。而量子色动力学主要描述夸克间的相互作用

量子力学 它是研究微观粒子（如电子、原子、分子等）运动规律的理论。原子核和固体的性质以及其他微观现象，目前已基本上能从以量子力学为基础的现代理论中得到说明。现在量子力学不仅是物理学中的基础理论之一，而且在化学和许多近代技术中也得到了广泛的应用。上世纪末和本世纪初，物理学的研究领域从宏观世界逐渐深入到微观世界；许多新的实验结果用经典理论已不能得到解释。大量的实验事实和量子论的发展，表明微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性（参见波粒二象性），微观粒子的运动不能用通常的宏观物体运动规律来描写。德布罗意、薛定谔、海森堡，玻尔和狄拉克等人逐步建立和发展了量子力学的基本理论。应用这理论去解决原子和分子范围内的问题时，得到与实验符合的结果。因此量子力学的建立大大促进了原子物理。固体物理和原子核物理等学科的发展，它还标志着人们对客观规律的认识从宏观世界深入到了微观世界。量子力学是用波函数描写微观粒子的运动状态，以薛定谔方程确定波函数的变化规律，并用算符或矩阵方法对各物理量进行计算。因此量子力学在早期也称为波动力学或矩阵力学。量子力学的规律用于宏观物体或质量和能量相当大的粒子时，也能得出经典力学的结论。在解决原子核和基本粒子的某些问题时，量子力学必须与狭义相对论结合起来（相对论量子力学），并由此逐步建立了现代的量子场论。

《量子电动力学》

量子场论 开放分类： 物理 量子场论量子场论是量子力学和经典场论相结合的物理理论，已被广泛的应用于粒子物理学和凝聚态物理学中。量子场论为描述多粒子系统，尤其是包含粒子产生和湮灭过程的系统，提供了有效的描述框架。非相对论性的量子场论主要被应用于凝聚态物理学，比如描述超导性的BCS理论。而相对论性的量子场论则是粒子物理学不可或缺的组成部分。自然界目前人类所知的有四种基本相互作用：强作用，电磁相互作用，弱作用，引力。除去引力，另三种相互作用都找到了合适满足特定对称性的量子场论来描述。强作用有量子色动力学（QCD，Quantum Chromodynamics)；电磁相互作用有量子电动力学（QED,Quantum Electrodynamics)，理论框架建立于1920到1950年间，主要的贡献者为保罗·狄拉克，弗拉迪米尔·福克，沃尔夫冈·泡利，朝永振一郎，施温格，理查德·费曼和迪森等；弱作用有费米点作用理论。后来弱作用和电磁相互作用实现了形式上的统一，通过希格斯机制（Higgs Mechanism）产生质量，建立了弱电统一的量子规范理论，即GWS（Glashow, Weinberg, Salam）模型。量子场论成为现代理论物理学的主流方法和工具。 所谓“量子场论”的学科是从狭义相对论和量子力学的观念的结合而产生的。它和标准（亦即非相对论性）的量子力学的差别在于，任何特殊种类的粒子的数目不必是常数。每一种粒子都有其反粒子（有时，诸如光子，反粒子和原先粒子是一样的）。一个有质量的粒子和它的反粒子可以湮灭而形成能量，并且这样的对子可由能量产生出来。的确，甚至粒子数也不必是确定的；因为不同粒子数的态的线性叠加是允许的。最高级的量子场论是“量子电动力学”--基本上是电子和光子的理论。该理论的预言具有令人印象深刻的精确性（例如，上一章已提到的电子的磁矩的精确值，参阅177页）。然而，它是一个没有整理好的理论--不是一个完全协调的理论--因为它一开始给出了没有意义的“无限的”答案，必须用称为“重正化”的步骤才能把这些无限消除。并不是所有量子场论都可以用重正化来补救的。即使是可行的话，其计算也是非常困难的。使用“路径积分”是量子场论的一个受欢迎的方法。它是不仅把不同粒子态（通常的波函数）而且把物理行为的整个空间--时间历史的量子线性叠加而形成的（参阅费因曼1985年的通俗介绍）。但是，这个方法自身也有附加的无穷大，人们只有引进不同的“数学技巧”才能赋予意义。尽管量子场论勿庸置疑的威力和印象深刻的精确度（在那些理论能完全实现的很少情况），人们仍然觉得，必须有深刻的理解，才能相信它似乎是导向“任何物理实在的图像”。

理论的产生及其发展量子力学是描述物质微观世界结构、运动与变化规律的物理科学。它是20世纪人类文明发展的一个重大飞跃，量子力学的发现引发了一系列划时代的科学发现与技术发明，对人类社会的进步做出重要贡献。19世纪末正当人们为经典物理取得重大成就的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个地发现了。德国物理学家维恩通过热辐射能谱的测量发现的热辐射定理。德国物理学家普朗克为了解释热辐射能谱提出了一个大胆的假设：在热辐射的产生与吸收过程中能量是以hf为最小单位，一份一份交换的。这个能量量子化的假设不仅强调了热辐射能量的不连续性，而且跟辐射能量与频率无关，由振幅确定的基本概念直接相矛盾，无法纳入任何一个经典范畴。当时只有少数科学家认真研究这个问题。爱因斯坦于1905年提出了光量子说。1916年，美国物理学家密立根发表了光电效应实验结果，验证了爱因斯坦的光量子说。1913年丹麦物理学家玻尔为解决卢瑟福原子行星模型的不稳定性（按经典理论，原子中电子绕原子核作圆周运动要辐射能量，导致轨道半径缩小直到跌落进原子核），提出定态假设：原子中的电子并不像行星一样可在任意经典力学的轨道上运转，稳定轨道的作用量fpdq必须为h的整数倍（角动量量子化），即fpdq=nh，n称之为量子数。玻尔又提出原子发光过程不是经典辐射，是电子在不同的稳定轨道态之间的不连续的跃迁过程，光的频率由轨道态之间的能量差 确定，即频率法则。这样，玻尔原子理论以它简单明晰的图像解释了氢原子分立光谱线，并以电子轨道态直观地解释了化学元素周期表，导致了72号元素铪的发现，在随后的短短十多年内引发了一系列的重大科学进展。这在物理学史上是空前的。由于量子论的深刻内涵，以玻尔为代表的哥本哈根学派对此进行了深入的研究，他们对对应原理、矩阵力学、不相容原理、测不准关系、互补原理。量子力学的几率解释等都做出了贡献。1923年4月美国物理学家康普顿发表了X射线被电子散射所引起的频率变小现象，即康普顿效应。按经典波动理论，静止物体对波的散射不会改变频率。而按爱因斯坦光量子说这是两个“粒子”碰撞的结果。光量子在碰撞时不仅将能量传递而且也将动量传递给了电子，使光量子说得到了实验的证明。光不仅仅是电磁波，也是一种具有能量动量的粒子。1924年美籍奥地利物理学家泡利发表了“不相容原理”：原子中不能有两个电子同时处于同一量子态。这一原理解释了原子中电子的壳层结构。这个原理对所有实体物质的基本粒子（通常称之为费米子，如质子、中子、夸克等）都适用，构成了量子统计力学———费米统计的基点。为解释光谱线的精细结构与反常塞曼效应，泡利建议对于原于中的电子轨道态，除了已有的与经典力学量（能量、角动量及其分量）对应的三个量子数之外应引进第四个量子数。这个量子数后来称为“自旋”，是表述基本粒子一种内在性质的物理量。1924年，法国物理学家德布罗意提出了表达波粒二象性的爱因斯坦———德布罗意关系：E=hV，p=h/入，将表征粒子性的物理量能量、动量与表征波性的频率、波长通过一个常数h相等。1925年，德国物理学家海森伯和玻尔，建立了量子理论第一个数学描述———矩阵力学。1926年，奥地利科学家提出了描述物质波连续时空演化的偏微分方程———薛定谔方程，给出了量子论的另一个数学描述——波动力学。1948年,费曼创立了量子力学的路径积分形式。量子力学在高速、微观的现象范围内具有普遍适用的意义。它是现代物理学基础之一，在现代科学技术中的表面物理、半导体物理、凝聚态物理、粒子物理、低温超导物理、量子化学以及分子生物学等学科的发展中，都有重要的理论意义。量子力学的产生和发展标志着人类认识自然实现了从宏观世界向微观世界的重大飞跃。与经典物理学的界限1923年，尼尔斯·玻尔提出了对应原理，认为量子数（尤其是粒子数）高到一定的极限后的量子系统，可以很精确地被经典理论描述。这个原理的背景是，事实上，许多宏观系统，可以非常精确地被经典理论，如经典力学和电磁学来描写。因此一般认为在非常“大”的系统中，量子力学的特性，会逐渐退化到经典物理的特性，两者并不相抵触。因此，对应原理是建立一个有效的量子力学模型的重要辅助工具。量子力学的数学基础是非常广泛的，它仅要求状态空间是希尔伯特空间，其可观察量是线性的算符。但是，它并没有规定在实际情况下，哪一种希尔伯特空间、哪些算符应该被选择。因此，在实际情况下，必须选择相应的希尔伯特空间和算符来描写一个特定的量子系统。而对应原理则是做出这个选择的一个重要辅助工具。这个原理要求量子力学所做出的预言，在越来越大的系统中，逐渐近似经典理论的预言。这个大系统的极限，被称为“经典极限”或者“对应极限”。因此可以使用启发法的手段，来建立一个量子力学的模型，而这个模型的极限，就是相应的经典物理学的模型。与狭义相对论的结合量子力学在其发展初期，没有顾及到狭义相对论。比如说，在使用谐振子模型的时候，特别使用了一个非相对论的谐振子。在早期，物理学家试图将量子力学与狭义相对论联系到一起，包括使用相应的克莱因-高登方程，或者狄拉克方程，来取代薛定谔方程。这些方程虽然在描写许多现象时已经很成功，但它们还有缺陷，尤其是它们无法描写相对论状态下，粒子的产生与消灭。通过量子场论的发展，产生了真正的相对论量子理论。量子场论不但将可观察量如能量或者动量量子化了，而且将媒介相互作用的场量子化了。第一个完整的量子场论是量子电动力学，它可以完整地描写电磁相互作用。一般在描写电磁系统时，不需要完整的量子场论。一个比较简单的模型，是将带电荷的粒子，当作一个处于经典电磁场中的量子力学物体。这个手段从量子力学的一开始，就已经被使用了。比如说，氢原子的电子状态，可以近似地使用经典的1/r电压场来计算。但是，在电磁场中的量子起伏起一个重要作用的情况下，（比如带电粒子发射一颗光子）这个近似方法就失效了。强弱相互作用强相互作用的量子场论是量子色动力学，这个理论描述原子核所组成的粒子（夸克和胶子）之间的相互作用。弱相互作用与电磁相互作用结合在电弱相互作用中。万有引力至今为止，仅仅万有引力无法使用量子力学来描述。因此，在黑洞附近，或者将整个宇宙作为整体来看的话，量子力学可能遇到了其适用边界。使用量子力学，或者使用广义相对论，均无法解释，一个粒子到达黑洞的奇点时的物理状况。广义相对论预言，该粒子会被压缩到密度无限大；而量子力学则预言，由于粒子的位置无法被确定，因此，它无法达到密度无限大，而可以逃离黑洞。因此20世纪最重要的两个新的物理理论，量子力学和广义相对论互相矛盾。寻求解决这个矛盾的答案，是理论物理学的一个重要目标（量子引力）。但是至今为止，找到引力的量子理论的问题，显然非常困难。虽然，一些亚经典的近似理论有所成就，比如对霍金辐射的预言，但是至今为止，无法找到一个整体的量子引力的理论。这个方面的研究包括弦理论等。

QED不学物理不用管，学物理的粒子物理，凝聚态，光学都要学他，作为量子场论的基础，凝聚态场论在它基础上发展的，腔量子电动力学应用于光学上各种，QED也只是QFT的一部分，之后还有非Abel规范场论，粒子物理用。书不建议用Feynman的，太老，可以用peskin或者Mandl再或者是ryder再再或者是Mark入门之后选用Weinberg极佳，Romand的书严谨，值得一看。心得就是多算，一个Feynman图要算几篇纸才好。

量子电动力学 量子电动力学（Quantum Electrodynamics，简写为QED），是量子场论中最成熟的一个分支，它研究的对象是电磁相互作用的量子性质（即光子的发射和吸收）、带电粒子的产生和湮没、带电粒子间的散射、带电粒子与光子间的散射等等。它概括了原子物理、分子物理、固体物理、核物理和粒子物理各个领域中的电磁相互作用的基本原理。 量子电动力学是从量子力学发展而来。量子力学可以用微扰方法来处理光的吸收和受激发射，但却不能处理光的自发射。电磁场的量子化会遇到所谓的真空涨落问题。在用微扰方法计算高一级近似时，往往会出现发散困难，即计算结果变成无穷大，因而失去了确定意义。后来，人们利用电荷守恒消去了无穷大，并证明光子的静止质量为零。量子电动力学得以确立。量子电动力学克服了无穷大困难，理论结果可以计算到任意精度，并与实验符合得很好，量子电动力学的理论预言也被实验所证实。到20世纪40年代末50年代初，完备的量子电动力学理论被确立，并大获全胜。 量子电动力学认为，两个带电粒子（比如两个电子）是通过互相交换光子而相互作用的。这种交换可以有很多种不同的方式。最简单的，是其中一个电子发射出一个光子，另一个电子吸收这个光子。稍微复杂一点，一个电子发射出一个光子后，那光子又可以变成一对电子和正电子，这个正负电子对可以随后一起湮灭为光子，也可以由其中的那个正电子与原先的一个电子一起湮灭，使得结果看起来像是原先的电子运动到了新产生的那个电子的位置。更复杂的，产生出来的正负电子对还可以进一步发射光子，光子可以在变成正负电子对……而所有这些复杂的过程，最终表现为两个电子之间的相互作用。量子电动力学的计算表明，不同复杂程度的交换方式，对最终作用的贡献是不一样的。它们的贡献随着过程中光子的吸收或发射次数呈指数式下降，而这个指数的底，正好就是精细结构常数。或者说，在量子电动力学中，任何电磁现象都可以用精细结构常数的幂级数来表达。这样一来，精细结构常数就具有了全新的含义：它是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的一种度量，或者说，它就是电磁相互作用的强度。 1965年诺贝尔物理学奖授予日本东京教育大学的朝永振一郎（Sin-Itiro Tomonaga，1906—1979），美国马萨诸塞州坎布里奇哈佛大学的施温格（Julian S.Schwinger，1918—1994）和美国加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的费曼（Richard Phillips Feynman，1918—1988），以表彰他们在量子电动力学所作的基础工作，这些工作对基本粒子物理学具有深远的影响。 费曼、施温格和朝永振一郎的贡献就是用不同方法独立地异途同归地解决了这一困难，从而建立了量子电动力学的新理论体系。他们从不同的渠道运用“重正化”概念把发散量确切地归入电荷与质量的重新定义中，从而使高阶近似的理论结果不再会遇到发散。“重正化”的意思就是用一定的步骤把微扰论积分中出现的发散分离出去，吸收到相互作用耦合常数及粒子的质量中，并通过重新定义相互作用耦合常数和粒子的质量，来获得不发散的矩阵元，使计算结果可与实验对比。 有了重正化方法，量子电动力学获得了巨大成功，由此计算出来的电子反常磁矩和兰姆位移与实验结果相符达十几位量级。可见，量子电动力学是何等精确的理论。这一切既要归功于众多对现代物理学作过贡献的物理学家，更要归功于1965年这三位诺贝尔物理学奖获得者。 费曼1918年5 月11日出生于美国纽约市郊俄国移民犹太族家庭里，1935年进入麻省理工学院（MIT），先学数学，后转物理。1939年本科毕业，毕业论文发表在《物理评论》（Phys.Rev.）上，内有一个后来以他的名字命名的量子力学公式。1939年9月在普林斯顿大学当惠勒（J.Wheeler）的研究生，致力于研究量子力学的疑难问题：发散困难。第二次世界大战中，参加洛斯阿拉莫斯科学实验室研制原子弹。1942年得普林斯顿大学理论物理学博士学位。战争结束后到康奈尔大学任教。自1951年起任加利福尼亚理工学院教授。 费曼于40年代发展了用路径积分表达量子振幅的方法，并于1948年提出量子电动力学新的理论形式、计算方法和重正化方法，从而避免了量子电动力学中的发散困难。目前量子场论中的“费曼振幅”、“费曼传播子”、“费曼规则”等均以他的姓氏命名。费曼图是费曼在四十年代末首先提出的，用于表述场与场间的相互作用，可以简明扼要地体现出过程的本质，费曼图早已得到广泛运用，至今还是物理学中对电磁相互作用的基本表述形式。 1958年费曼和盖尔曼合作，提出了弱相互作用的矢量-膺矢量型理论（即V-A理论，又称普适费米型弱相互作用理论）。这是经过20余年曲折发展以后所达到的关于弱相互作用的正确的唯象理论。这一理论为以后温伯格、萨拉姆和格拉肖建立电磁相互作用和弱相互作用的统一理论开辟了道路。在50年代前期，费曼还曾经从事发展液氮的微观理论的研究工作。 费曼的路径积分方法是他的独创性又一个鲜明的例证。 费曼总是以自己独特的方式来研究物理学。他不受已有的薛定谔的波函数和海森堡的矩阵这两种方法的限制，独立地提出用跃迁振幅的空间-时间描述来处理几率问题。他以几率振幅叠加的基本假设为出发点，运用作用量的表达形式，对从一个空间-时间点到另一个空间-时间点的所有可能路径的振幅求和。这一方法简单明了，成了第三种量子力学的表述法。 1968年费曼根据电子深度非弹性散射实验和布约肯（J.D.Bjorken）的标度无关性提出高能碰撞中的强子结构模型。这种模型认为强子是由许多点粒子构成，这些点粒子就叫部分子（parton）。部分子模型在解释高能实验现象上比较成功，它能较好地描述有关轻子对核子的深度非弹性散射、电子对湮灭、强子以及高能强子散射等高能过程，并在说明这些过程中逐步丰富了强子结构的物理图像。 1986年2月费曼应邀参加总统委员会，调查“挑战者”号失事原因。会议前一天，他先去喷气推进实验室了解情况，作了详细记录。当时众说纷纭，莫衷一是。他敏锐地注意到密封问题。会议令他失望，互相扯皮，推卸责任，没完没了地听取证人的证词。费曼要求再去调查，结果发现美国航天局的报告自相矛盾。他注意到，他们原来是用计算机分析橡胶的弹性，条件不合要求。有一将军问费曼，低温对橡胶有无影响？提醒了他注意到用于密封的O圈在-2℃可能失去弹性。费曼还注意到，在发射前火箭公司有一位工程师坚持不宜发射的意见，但经理在军方压力下同意了。进一步调查还表明，发射台的温度数据欠准。1986年2月，费曼公正地把真相公之于众。1986年2月11日在总统委员会开会论证时，费曼把一块与O圈材料相同的橡胶投入冰水中，证明“挑战者”号失事的原因就在于寒冷的气候。这件事曾经轰动了全世界，但是人们哪里知道，这时费曼正在顽强地与胃癌斗争，不久他就与世长辞了。 费曼的重要著作有：《量子电动力学》、《量子力学和路径积分》，与希布斯合著《光子强子相互作用》等。《费曼物理学讲义》（共三卷）是美国六十年代科学教育改革的重要尝试，虽然深度、广度过高，但不失为优秀参考读物。费曼在前言中写道：“我讲授的主要目的，不是帮助你们应付考试，也不是帮你们为工业或国防服务。我最希望做到的是，让你们欣赏这奇妙的世界以及物理学观察它的方法”。1973年诺贝尔物理学奖获得者贾埃沃（I.Giaever）说过：费曼是对他影响最大的物理学家，而《费曼物理学讲义》是对他影响最深的书籍。这套讲义的特色是：引人入胜，丰富生动，论述精辟，富于启发。费曼透彻讲解了物理现象的本质和规律。费曼的自传：《别闹了，费曼先生》是一本备受欢迎的文学著作。 如果说费曼是一代奇才，则施温格也不愧为物理学家中的“莫扎特”。施温格1918 年2月12日出生于纽约，他自幼聪慧过人，在数学和科学方面显示出非凡的才能。由于多次跳级，14岁即高中毕业，进入纽约市立学院学习。他爱好自学，从图书馆中借阅了各种物理书籍，经常不到课堂听讲。据说，统计力学课他从未出席，却在期末考试中成绩突出，因为他推导的步骤比其他同学按课堂上学到的方法简捷得多。有人夸奖年轻的施温格说：“他对物理学就像莫扎特对音乐那样。”哥伦比亚大学的拉比教授非常欣赏施温格的才华，对人说：施温格已经知晓了物理学的 90％，其余的“只要几天就够了”。在拉比的推荐下，施温格转到哥伦比亚大学，并于1936年获学士学位，1939年获博士学位，时年21岁。然后到伯克利加州大学当了奥本海墨的研究助理。1941年到柏图大学任教，后来到芝加哥大学参加原子反应堆设计。为了避免卷入原子弹计划，施温格在1943年离开芝加哥，转到麻省理工学院，从事雷达系统的改进。正是这项工作使他对电磁辐射理论发生了兴趣，把工作重点转到量子电动力学的理论。1945年施温格应聘成为哈佛大学副教授，两年后升教授，成为该校最年轻的教授。就是在这段时期，施温格进行了重正化的研究。他的方法与费曼的不同，如果说费曼用的是“积分”方法，则施温格用的是“微分”方法，但是两种方法得到的结果是一样的。 量子电动力学的另一位奠基人朝永振一郎1906 年3月31日出生于日本东京，1929年毕业于京都大学理学部物理学科，随后在玉城嘉七郎研究室任临时见习研究生，3年之后，赴东京理化研究所，在仁科芳雄研究室当研究员，1937年留学德国，在海森伯的领导下研究原子核理论和量子理论，1939年底，回国接受东京帝国大学的理学博士学位。1941年，任东京文理科大学物理学教授，提出量子场论的超多时理论，第二次世界大战期间，曾经研究雷达技术中磁控管的理论，发表了《分割阳极磁电管理论》的论文，战后继续研究和发展他的超多时理论和介子耦合理论，同时参与《理论物理进展》的创办工作。朝永振一郎以他的超多时理论为基础，找到了一种避开量子电动力学中发散困难的重正化方法，利用这种方法，可以成功地解释兰姆位移和电子反常磁矩的实验。他的工作几乎与施温格和费曼同时。他们独立地完成了类似的研究，达到了同样的目的，真可谓殊途同归。他们的研究使得描写微观世界的量子电动力学理论成为一个精确的理论，并对以后的理论发展产生了深远影响。1949年，朝永振一郎应聘赴美国普林斯顿高级研究院工作，提出了高密度极限的多费密子体系的一维模型理论。回国后创建了东京大学原子核研究所。1956年以后，先后出任东京教育大学校长、日本学术会议会长、东京教育大学光学研究所所长。他还得到日本学士院院士、日本文化勋章以及好几个国家的科学院荣誉院士称号。1957年5月朝永振一郎曾率领日本物理代表团来中国访问并进行学术交流。朝永振一郎于1979年7月8日在东京病逝。

一般考虑的是散射，有弹性散射和深度非弹性散射。弹性散射大致可理解为较远距离的电磁相互作用。深度非弹性散射，可以理解为电子深入质子内部和部分子发生电磁作用。具体计算是用量子场论中费曼图。

其实这些课都可以归结到量子场论，不过后两门相对专业些，所以有时会单独开课。场论是比较基础的，所以入门的话先看场论吧。从自由的标量场、旋量场、矢量场，以及一些对称性开始，然后是相互作用：φ4，Yukawa，QED；各种Feynman规则，Feynman图；再到辐射修正，重整化……这些都是比较基础的能力，上手之后可以深入一些学习QED。其实很多学校场论的第一学期就是在打基础和学QEDQCD的要求相对较高，最好先学一遍量子场论或粒子物理，有所了解。对了，要学习场论，还有一门“群论”你学过了吗？群论是场论的基础，很多对称性全是用群论语言描述。

20世纪初期的黑体辐射、光电效应，双缝干涉实验、原子光谱等实验，启迪并且引导人们开启了认识微观世界的大门，1900年，普朗克首次提出量子化的概念，用于解释黑体辐射中的“紫外灾难”：1905年，爱因斯坦提出光量子的概念，成功解释了光电效应与经典物理学之间的矛盾；玻尔则在1913年提出氢原子模型，从数值上验证了氢原子光谱的特性，使人们开始窥探到原子内部的结构与其遵循的物理规律。可以说，量子力学是人们理解这些微观尺度上的现象的基石，也是现代的计算材料学的基础，从根本上来说，在材料学中，主要是用通过数值方法求解材料体系的薛定谔方程，从而得到我们感兴趣的材料的力学、电学、光学等物理性质。 关于量子力学的发展 历史 许多教科书已经有详细介绍，在此不再赘述，简单做一下类比：经典力学中物体的状态用坐标来描述，而量子力学中体系的状态则用波函数 来描述：经典力学中，决定一个物体坐标运动轨迹的是牛顿定律，而量子力学中决定体系状态演变的是薛定谔方程，与经典力学基于牛顿的三大定律类似，量子力学主要基于以下几个基本假设， (1)体系的任何状态，由连续、可微的波函数完全描述，波函数随时间的演变由含时薛定谔方程决定 (2)波函数的模二次方代表微观粒子在空间出现的概率， (3)物理上的可测量量，对应于量子力学中的线性厄米特算符. (4)对于体系的测量，将使波函数塌缩为算符的某个本征态，测量值对应于算符的本征值。多次测量的平均值对应于算符的期望值， 由于我们感兴趣的大部分材料体系都处于低能量的状态，因此非相对论的量子力学方程——薛定谔方程是我们求解问题的关键，其在量子力学中的地位类似于牛顿定律之于经典力学，对于高能的物理过程，比如涉及粒子的高能碰撞，产生、灭、反粒子等，则需要用到量子电动力学方面的知识，在量子力学的体系框架里，波函数是对一个微观粒子状态的完整描述，如果我们得到了微观粒子的波函数，那么包括它的空间分布概率、动能、动量、势能等一切可观测的物理量都将完全确定。因此从计算材料学的角度来看，研究材料体系的性质，最终归结于求解体系的波函数，除了方势阱、简谐振子、氢原子等少数几个可以解析求解的例子外，对我们实际研究的材料体系大多数都无法简单地得到波函数的精确解，而是要通过数值模拟和数值求解的方式，近似求解波函数。 在传统的解析求解方法遇到瓶颈的时候，计算机技术得到了高速发展从而为数值求解和计算材料学的发展带来了契机.从1946年冯·诺依曼研制出第一台基于品体管的计算机ENIAC以来， 计算机计算能力的提高速度可以用日新月异来描述。一方面， 高性能的大型计算机集群技术飞速发展，以2013年摘得世界超级计算机500强之首的国防科学技术大学的天河二号超级计算机为例，整个集群由16000多个节点组成，每个节点采用英特尔的Ivy Brid dge Xeon芯片并且配备了88GB的内存.峰值运算能力达到了令人咂舌的33.86PetaFLOPS(也就是每秒可以执行3.386 10次操作) .而与此相比，世界上第一台计算机ENIAC的计算速度仅为每秒5000次的加法运算， 除了计算机硬件上的发展外，软件方面的进步也为计算材料学的蓬勃发展奠定了良好的基础.首先， 数值计算库不断完善和强大， 如今， Linpack， Lapack， Seal pack、Gnu-Scientif ie Lib.MKL.ACML、BLAS等各种平台上的数值计算库为各种代数求解、矩阵运算等操作提供了非常良好和完备的支持，使得科研工作者从烦琐的底层数据操作的编程中解脱出来：其次， 并行技术和规范标准如MPI、OpenMP的出现， 使得各个处理器之间可以协同高效地工作，通过同时执行子任务加快整个程序的求解；最后，作为计算材料学的核心，模拟技术本身在过去几十年里蓬勃发展，不断涌现出高效、高精度的方法，包括密度泛丽理论、针对不同系综的分子动力学算法，以及动力学蒙特卡罗方法等。这些方法大大拓展了材料学研究的时间和空间尺度，提高了计算的精度，使得计算材料学的研究领域愈加宽广， 我们引用“中国稀土之父”徐光宪先生的一段话对计算材料学的远景做一个展望：进人21世纪以来，计算方法与分子模拟、虚拟实验，已经维实验方法、理论方法之后，成为第三个重要的科学方法，对未来科学与技术的发展，将起着越来越重要的作用，” 2013年度诺贝尔化学奖授子了设计针对多尺度复杂化学系统模型的三位美国科学家，这正是对徐先生这段论述的最有力的证明。

原始称呼是光量子（lightquantum）又称ER纳米光，电磁辐射的量子，传递电磁相互作用的规范粒子，记为γ。其静止量为零，不带荷电，其能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积，ε=hv，在真空中以光速c运行，其自旋为1，是玻色子。早在1900年，M.普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设，物质振子与辐射之间的能量交换是不连续的，一份一份的，每一份的能量为hv；1905年A.爱因斯坦进一步提出光波本身就不是连续的而具有粒子性，爱因斯坦称之为光量子；1923年A.H.康普顿成功地用光量子概念解释了X光被物质散射时波长变化的康普顿效应，从而光量子概念被广泛接受和应用，1926年正式命名为光子。量子电动力学确立后，确认光子是传递电磁相互作用的媒介粒子。带电粒子通过发射或吸收光子而相互作用，正反带电粒子对可湮没转化为光子，它们也可以在电磁场中产生。光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能量的多少与波长相关,波长越短,能量越高。当一个光子被分子吸收时,就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的分子就从基态变成了激发态。光子具有能量，也具有动量，更具有质量，按照质能方程，E=MC^2=HV,求出M=HV/C^2,光子由于无法静止，所以它没有静止质量，这儿的质量是光子的相对论质量。光子是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子。光子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多数基本粒子相比，光子的静止质量为零，这意味着其在真空中的传播速度是光速。与其他量子一样，光子具有波粒二象性：光子能够表现出经典波的折射、干涉、衍射等性质；而光子的粒子性则表现为和物质相互作用时不像经典的粒子那样可以传递任意值的能量，光子只能传递量子化的能量。对可见光而言，单个光子携带的能量约为4×10-19焦耳，这样大小的能量足以激发起眼睛上感光细胞的一个分子，从而引起视觉。除能量以外，光子还具有动量和偏振态，但单个光子没有确定的动量或偏振态。

刚才写了n多 但是提交的时候发现没有登录 没保存~~ 气死我了！现在简单说说吧，量子力学和经典理论中对于测量最大的区别就是受测不准原理的影响（正规的叫法是“不确定性原理”），因为测量所用的手段，比如电子成像，光子成像都是基于这种轰击被测对象然后接收反馈的成像原理，在宏观领域这没什么错，因为电子还是光子对于被测对象的影响可以忽略不计，我们可以得到精确的结果，但是量子力学中行不通了，因为被测对象的尺度和你所用的东西是可以比拟的，你可以想想用电子轰击电子带来的误差是多大，在轰击后，你甚至无法找到被测对象了！

首先送给你一句话，是美国现代最有名的物理学家之一费曼说过：“有人说世界上只有三个人能懂得相对论，那么对于量子力学，我敢肯定地说，没有有人会懂”， 这也是我开始学习量子力学时候老师给我们讲的，量子力学的特点就是他的抽象和矛盾。从一开始的基本原理到基本实验事实：单电子的双缝干涉（听起来就不合逻辑，但是事实就是如此），所以任何学习量子力学的人，不应该把精力放在如何更好的从逻辑上去理解量子力学，因为其本身就是不可以用逻辑解释的，我们应该去接受那些看似不可思议的假设和实验事实，然后以此为前提是用逻辑推导和数学技巧去解决实际问题，这才是学习量子力学的要务！ 量子力学主要有三种数学体系：波动力学、矩阵力学和路径积分，我们通常在前面几章会更多的使用到波动力学理论，是以振动理论为基础的，所以可以看微分方程的书籍获得所需要的理论基础；矩阵力学是海森堡建立的，起初他自己也不知道这个的物理含义，直到人们提出了希尔伯特空间，把算符和波函数都放在这个空间里才理解了量子力学的矩阵描述，所以线性代数对于矩阵力学的理解至关重要！ 对于最后一个由费曼一手建立的解释，属于边缘理论，一般书里不会讲的，除非你很感兴趣可以看一下曾谨言的量子力学第二卷里面有述及。 对于教材，你可以先从导论看起，培养自己的兴趣，兴趣很重要，因为量子力学的难度和抽象程度足以让所有不热爱它的人望而却步，只有你喜欢他，你才能够抱着一种轻松的心态去面对这些艰涩难懂的概念理论！切记！ 导论我推荐一本国外人写的 名字忘记了 书名就是量子力学导论。然后课本你可以看复旦苏汝铿的《量子力学》比较详细的一本书，对你打下基础有利！ 补充一下，一定要学好狄拉克符号！这个东西不仅有助于让你事半功倍的表达量子力学关系式，还有助于你更好的理解量子力学！！最后祝你好运 ：）

是关于量子力学理论最著名的预测。它描述了两个粒子互相纠缠，即使相距遥远距离，一个粒子的行为将会影响另一个的状态。当其中一颗被操作（例如量子测量）而状态发生变化，另一颗也会即刻发生相应的状态变化。量子纠缠的本质就是量子的关联性。那量子为什么会纠缠，其本质又是什么呢？要想了解这一点，还是得提一下相对论，大家都知道当代物理学有两大基础 - 相对论和量子力学。在提出到现在这两个理论经受了很多严格的实验，其正确性是毫无疑问的。而目前两个理论在根本架构上的冲突之处是：量子场论是建构在广义相对论的平坦时空下基本力的粒子场上。如果要透过这种相同模式来对引力场进行量子化，则主要问题是在广义相对论的弯曲时空架构，无法一如以往透过重整化的数学技巧来达成量子化描述，没办法用数学技巧得到有意义的有限值。相对地，例如量子电动力学中对于光子的描述，虽然仍会出现一些无限大值，但为数较少可以透过重整化方法可以将之消除，而得到实验上可量到的、具有意义的有限值。所以说广义相对论的修改方向是这两点：1、引力的成因不是时空弯曲的。广义相对论的时空背景是弯曲的时空，但不是引力的成因。2、引力的本源是时空。且描述引力量子化的时候一定要用“微分”思维来化解时空弯曲的尴尬。但引力不是时空弯曲造成的。引力可以说是一种时空性质。它反过来又会影响时空构建。且引力的作用是以光速传递的。那么量子纠缠所引发的“超光速”的讨论是否对相对论理论构成了挑战呢？答案又是否定的！别忘了量子力学的两大支柱互补原理【波和粒子在同一时刻是互斥的，但它们在更高层次上统一。】和不确定性原理【不确定性原理表明，粒子的位置与动量不可同时被确定】。所以在量子力学中微观粒子并不是界限分明的，而是一种行动诡异的“概率云”。这些粒子不会只存在一个位置上，也不会只从一个路线到达另一个位置。我们一般用波函数来描述这些粒子的行为和特征。而两个有共同来源的微观粒子之间，只要有一个粒子发生变化，另一个就会发生变化。这种变化是立刻发生的，这就是量子纠缠。大家有没有注意到，量子纠缠发生的机制是有限制的。并不是说随便两个粒子相距N千米距离远，都能发生量子纠缠。比如说地球上一个粒子不可能和100光年以外的一个粒子发生量子纠缠。两个或两个以上的粒子发生量子纠缠必须在一个系统中，而且粒子是有共同来源的。〈双光子系统〉比如：同一激光器产生光子场进行双偏分光，由于本身由同一激光器产生属`相干态""，那这二个分光产生的光子系统属〈相干纠缠态〉然后我们测量一个光子态某物理参量，会发现另一光子对应该物理参量也会同时改变，那么我们说对该〈双光子相干系统〉对该物理参量而言是一种量子纠缠态！量子纠缠说明在两个或两个以上的稳定粒子间，会有强的量子关联。例如在双光子纠缠态中，向左（或向右）运动的光子既非左旋，也非右旋，既无所谓的x偏振，也无所谓的y偏振，实际上无论自旋或其投影，在测量之前并不存在。在未测之时，二粒子态本来是不可分割的。那这样量子纠缠态产生原因就不难理解了，其实我们只要认为该双光子系统在分光前后是一个整体，那量子纠缠效应就很好理解了但实际上是这样吗？有人会说光子空间分离为二部分，怎么可能还是一个整体？关键点在于〈量子纠缠态〉的先决条件，双光子系统是一种相关联态，在没有解除相关联态前，它就是一个整体！量子力学是非定域的理论，这一点已被贝尔不等式【任何定域隐变量理论不可能重复量子力学的全部统计预言。】的实验结果所证实，因此，量子力学展现出许多反直观的效应。量子力学中不能表示成直积形式的态称为纠缠态。纠缠态之间的关联不能被经典地解释。所谓量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间存在非定域、非经典的强关联。量子纠缠涉及实在性、定域性、隐变量以及测量理论等量子力学的基本问题，并在量子计算和量子通信的研究中起着重要的作用。多体系的量子态的最普遍形式是纠缠态，而能表示成直积形式的非纠缠态只是一种很特殊的量子态。历史上，纠缠态的概念最早出现在1935年薛定谔关于“猫态”的论文中。其实从量子纠缠本身的系统就可以看出它与互补原理和不确定性原理有紧密关系。不确定性原理体现了“联系”，即位置和动量的联系。互补的原理体现了“矛盾与统一。”两者结合的必然结果就是“纠缠”。”而且贝尔不等式是永久成立了，不可出现爱氏思考的那样。即通过隐变量理论可以完整解释物理系统所有可观测量的演化行为，从而避免掉任何不确信性或随机性。而且干涉量子纠缠的时候，量子纠缠态会立即消除，也就是这种关联态函数的描述现象终止。这也是说明了，量子纠缠的“局域”性。它不会像引力那样，具有“广域”性。但整个量子力学的非定域，其实也是一种“广域”，在这种“光域”下量子纠缠遵从一定的法则存在。再通俗一点举例解释可以这样理解，两个或两个以上的粒子的量子纠缠态是一体的东西，在一个波函数描述之下，和距离无关。就好像是两个人坐一个跷跷板玩。A和B坐在上面的时候，就有了联系。A下去，B必然上来；相反B下去，A立刻上来。但我们不能说这种联系是超距的，也就是A和B之间的变化是超光速完成的。要知道这和A和B直接的距离“无关”，与他们之间的联系态有关。

《费曼物理学讲义》，老书了。根据他上课的讲义编写。内容非常诚恳，值得一看。

你好氢原子的光谱在可见光范围内有四条谱线，其中在靛紫色区内的一条是处于量子数n=4的能级氢原子跃迁到n=2的能级发出的，氢原子的能级如图所示，已知普朗克恒量h=6.63×10-34 J·s，则该条谱线光子的能量为 2.55 eV，该条谱线光子的频率为 6.15×（10的14次方）Hz。氢原子光谱（atomic spectrum of hydrogen）是最简单的原子光谱。由A.埃斯特朗首先从氢放电管中获得，后来W.哈根斯和H.沃格耳等在拍摄恒星光谱中也发现了氢原子光谱线。到1885年已在可见光和近紫外光谱区发现了氢原子光谱的14条谱线，谱线强度和间隔都沿着短波方向递减。其中可见光区有4条，分别用Hα、Hβ、Hγ、Hδ表示，其波长的粗略值分别为656.28nm（纳米）、486.13nm、434.05nm和410.17nm。氢原子光谱是氢原子内的电子在不同能级跃迁时发射或吸收不同频率 的光子形成的光谱。氢原子光谱为不连续的线光谱。发现简史1885年，瑞士数学教师J.巴耳末发现氢原子可见光波段的光谱巴耳末系，并给出经验公式。1908年，德国物理学家F.帕邢发现了氢原子光谱的帕邢系，位于红外光波段的谱线。1914年，物理学家T.莱曼发现氢原子光谱的莱曼系，位于紫外光波段。1922年，物理学家F.布拉开发现氢原子光谱的布拉开系，位于近红外光波段。1924年，物理学家A.芬德发现氢原子光谱的芬德系，位于远红外光波段。1953年，物理学家C.汉弗莱发现氢原子光谱的汉弗莱系，位于远红外光波段。光谱系列氢原子由一个质子和一个电子构成，是最简单的原子，因此其光谱一直是了解物质结构理论的主要依据。研究其光谱，可以借由外界提供能量，使氢原子内的电子跃迁至高能级后，在跳回低能级的同时，会放出跃迁量等同两个能级之间能量差的光子，再以光栅、棱镜或干涉仪分析其光子能量、强度，就可以得到其发射光谱的明线。以一定能量、强度的光源照射氢原子，则等同其能级能量差的光子会被氢原子吸收，得到其吸收光谱的暗线。另外分析来自外太空的氢原子的光谱并非易事，因为氢在大自然中以双原子分子存在。依其发现谱线所在的能量区段可将其划分为莱曼系、巴耳末系、帕邢系、布拉开系、芬德系和汉弗莱系。光谱线公式1885年瑞士物理学家J.巴耳末首先把上述光谱用经验公式：红外区、可见区、紫外区的线状光谱图λ=Bn2/(n2－22)（n=3,4,5,···）表示出来，式中B为一常数。这组谱线称为巴耳末线系。当n→∞时，λ→B，为这个线系的极限，这时邻近二谱线的波长之差趋于零。1890年J.里德伯把巴耳末公式简化为：1/λ=RH(1/22－1/n2)（n=3,4,5,···）式中RH称为氢原子里德伯常数，其值为 (1.096775854±0.000000083)×10-1m-1。后氢光谱仪及氢原子可见光光谱图来又相继发现了氢原子的其他谱线系，都可用类似的公式表示。波长的倒数称波数，单位是m-1，氢原子光谱的各谱线系的波数可用一个普遍公式表示：σ=RH(1/m2－1/n2)对于一个已知线系，m为一定值，而n为比m大的一系列整数。此式称为广义巴耳末公式。氢原子光谱现已命名的六个线系如下： 　　莱曼系　m=1,n=2,3,4,···紫外区 　　巴耳末系　m=2,n=3,4,5,···可见光区 　　帕邢系　m=3,n=4,5,6,···红外区 　　布拉开系　m=4,n=5,6,7,···近红外区 　　芬德系　m=5,n=6,7,8,···远红外区 　　汉弗莱系　m=6,n=7,8,9,···远红外区 　　广义巴耳末公式中，若令T(m)=RH/m2，T(n)=RH/n2，为光谱项，则该式可写成σ=T(m)－T(n)。氢原子任一光谱线的波数可表示为两光谱项之差的规律称为并合原则，又称里兹组合原则。对于核外只有一个电子的类氢原子（如He+，Li2+等），广义巴耳末公式仍适用，只是核的电量和质量与氢原子核不同，要对里德伯常数R作相应的变动。　　当用分辨本领很高的分光仪器去观察氢原子的各条光谱线时，发现它们又由若干相近的谱线组成，称为氢原子光谱线的精细结构。它来源于氢原子能级的细致分裂，分裂的主要原因是相对论效应以及电子自旋和轨道相互作用所引起的附加能量。可由狄拉克的相对论性波动方程得到解释。由此算得氢原子的能级公式为：E=hcR/n2－hcRα2/n3－[1/(j+1/2)－(3/4)n]式中h为普朗克常数；c为真空中的光速；R为里德伯常数；n为主量子数；j为总角动量量子数；α称为精细结构常数，其值很小，因此第二项远小于第一项。如果忽略第二项，上式就是玻尔氢原子理论的氢原子能级公式；若保留第二项，则每一主量子数为n的能级都按不同的总角动量量子数j表现出其精细结构。但这个公式中不含轨道角动量量子数l，而j=l±1/2，这说明按量子力学理论氢原子两个不同l，而n、j相同的能级具有相同的能量，对l是简并的。精细结构还与原子序数有关，氢能级的精细结构分裂比其他原子（如钠）的小。早期用高分辨光谱仪器曾观察到氢的Hα线的部分精细结构，分析后发现与量子力学理论有细微不符之处。　　1947年W.兰姆和R.雷瑟福用原子束磁共振法发现氢的2S1/2比2P1/2高出1,057.8MHz，这就是著名的兰姆移位。为解释这种现象发展起了量子电动力学理论。氢光谱的研究曾促成了量子力学的发展，现在又成为推动和验证量子电动力学发展的最重要的实验方法之一。到2000年，测量氢某些谱线频率的精度已达10-13量级，由此推出的里德伯常数的精度达10-12量级。

量子力学（Quantum Mechanics），它是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一，而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。量子力学是描写微观物质的一个物理学理论，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱，许多物理学理论和科学如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科都是以量子力学为基础所进行的。量子力学是非常小的领域——亚原子粒子中的主要物理学理论 。该理论形成于20世纪早期，彻底改变了科学家对物质组成成分的观点。在量子世界，粒子并非是台球，而是嗡嗡跳跃的概率云，它们并不只存在一个位置，也不会从点A通过一条单一路径到达点B 。根据量子理论，粒子的行为常常像波，用于描述粒子行为的“波函数”预测一个粒子可能的特性，诸如它的位置和速度，而非实际的特性 。物理学中有些怪异的想法，诸如纠缠和不确定性原理，就源于量子力学 。19世纪末，经典力学和经典电动力学在描述微观系统时的不足越来越明显。量子力学是在20世纪初由马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔、沃纳·海森堡、埃尔温·薛定谔、沃尔夫冈·泡利、路易·德布罗意、马克斯·玻恩、恩里科·费米、保罗·狄拉克、阿尔伯特·爱因斯坦、康普顿等一大批物理学家共同创立的。通过量子力学的发展人们对物质的结构以及其相互作用的见解被革命化地改变。通过量子力学许多现象才得以真正地被解释，新的、无法直接想象出来的现象被预言，但是这些现象可以通过量子力学被精确地计算出来，而且后来也获得了非常精确的实验证明。除通过广义相对论描写的引力外，至今所有其它物理基本相互作用均可以在量子力学的框架内描写（量子场论）。有人引用量子力学中的随机性支持自由意志说，但是第一，这种微观尺度上的随机性和通常意义下的宏观的自由意志之间仍然有着难以逾越的距离；第二，这种随机性是否不可约简（irreducible）还难以证明，因为人们在微观尺度上的观察能力仍然有限。自然界是否真有随机性还是一个悬而未决的问题。对这个鸿沟起决定作用的就是普朗克常数。统计学中的许多随机事件的例子，严格说来实为决定性的。在量子力学中，一个物理体系的状态由波函数表示，波函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。对应于代表该量的算符对其波函数的作用；波函数的模平方代表作为其变量的物理量出现的几率密度。量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式（能量子）实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出普朗克公式，正确地给出了黑体辐射能量分布。1905年，爱因斯坦引进光量子（光子）的概念，并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系，成功地解释了光电效应。其后，他又提出固体的振动能量也是量子化的，从而解释了低温下固体比热问题。1913年，玻尔在卢瑟福原有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。按照这个理论，原子中的电子只能在分立的轨道上运动，在轨道上运动时候电子既不吸收能量，也不放出能量。原子具有确定的能量，它所处的这种状态叫“定态”，而且原子只有从一个定态到另一个定态，才能吸收或辐射能量。这个理论虽然有许多成功之处，但对于进一步解释实验现象还有许多困难。在人们认识到光具有波动和微粒的二象性之后，为了解释一些经典理论无法解释的现象，法国物理学家德布罗意于1923年提出了物质波这一概念。认为一切微观粒子均伴随着一个波，这就是所谓的德布罗意波。德布罗意的物质波方程：E=u0127ω，p=h/λ，其中u0127=h/2π，可以由 得到 。由于微观粒子具有波粒二象性，微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律，描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。当粒子的大小由微观过渡到宏观时，它所遵循的规律也由量子力学过渡到经典力学。1925年，海森堡基于物理理论只处理可观察量的认识，抛弃了不可观察的轨道概念，并从可观察的辐射频率及其强度出发，和玻恩、约尔当一起建立起矩阵力学；1926年，薛定谔基于量子性是微观体系波动性的反映这一认识，找到了微观体系的运动方程，从而建立起波动力学，其后不久还证明了波动力学和矩阵力学的数学等价性；狄拉克和约尔丹各自独立地发展了一种普遍的变换理论，给出量子力学简洁、完善的数学表达形式。当微观粒子处于某一状态时，它的力学量（如坐标、动量、角动量、能量等）一般不具有确定的数值，而具有一系列可能值，每个可能值以一定的几率出现。当粒子所处的状态确定时，力学量具有某一可能值的几率也就完全确定。这就是1927年，海森伯得出的测不准关系，同时玻尔提出了并协原理，对量子力学给出了进一步的阐释。量子力学和狭义相对论的结合产生了相对论量子力学。经狄拉克、海森伯（又称海森堡，下同）和泡利等人的工作发展了量子电动力学。20世纪30年代以后形成了描述各种粒子场的量子化理论——量子场论，它构成了描述基本粒子现象的理论基础。海森堡还提出了测不准原理，原理的公式表达如下：ΔxΔp≥u0127/2=h/4π。量子力学的基本原理包括量子态的概念，运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。

用通俗的语言解释一下量子理论中的位置和动量不确定性 上课没听懂！ 你把量子粒子想象成一个“球”，当你打算测量这个球的位置是，你测得的位置越精确，这个“球”的动量就越模糊，当你想测量这个球的动量时，那你就无法精确的测量它的位置，这就是最简单的解释，你不理解很正常，事实上连科学家都无法理解量子力学本身的怪异的效应，其实量子力学所描述的粒子本身就是个不为人知的抽象的存在。 求大神用通俗的语言解释一下“套利定价理论” 套利定价理论认为，套利行为是现代有效率市场(即市场均衡价格)形成的一个决定因素。如果市场未达到均衡状态的话，市场上就会存在无风险套利机会。 并且用多个因素来解释风险资产收益，并根据无套利原则，得到风险资产均衡收益与多个因素之间存线上性关系。 1.套利定价理论的出发点是假设证券的回报率与未知数量的未知因素相联络。 因素模型是一种统计模型。套利定价理论是利用因素模型来描述资产价格的决定因素和均衡价格的形成机理的。这在套利定价理论的假设条件和套利定价理论中都清楚的体现出来。 线性多因素模型的一般表达为: (1)r = a + B * F + ε 其中: 代表N种资产收益率组成的列向量. 代表K种因素组成的列向量 是常阵列成列向量 是因素j对风险资产收益率的影响程度,称为灵敏度(sensitivity)/因素负荷(factor loading). 组成灵敏度矩阵. 是随机误差列组成的列向量.并要求: (2) 定义：对于一个有N个资产,K种因素的市场,如果存在一个证券组合,使得该证券组合对某个因素有着单位灵敏度,而对其他因素有着零灵敏度. 那么该证券组合被称为纯因素证券组合. rf是无风险收益率,λ每单位灵敏度的某因素的预期收益溢价. 纯因素证券组合不只一种，那么这些不同的证券组合，是否会产生同样的期望收益呢?答案是肯定的，这就涉及到无套利均衡。 2.无套利均衡 无套利均衡(no arbitrage equilibrium) 套利和无套利是现代金融的最基本的概念之一. 定义: 套利机会= 存在一个交易策略,满足以下4个条件: 1)不需要任何投入,自我融资 lwA = 0　(7) 2)对所有因素风险完全免疫 BwA = 0　(8) 3)对所有非因素风险完全免疫 4)当资产数目足够多时,期末可以获得无风险收益 无套利原理:在市场均衡时刻，不存在任何套利机会. 无套利原理已经成为了现代金融学的基本假设,今后的微观金融学笔记将会反复讨论这个概念. 谁能简单解释一下量子理论？ 量子论是现代物理学的两大基石之一。量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。量子论揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射等。1928年狄拉克将相对论运用于量子力学，又经海森伯、泡利等人的发展，形成了量子电动力学，量子电动力学研究的是电磁场与带电粒子的相互作用。1947年，实验发现了兰姆移位。1948-1949年，里查德·费因曼（Richard Phillips Feynman）、施温格（J.S.Schwinger）和朝永振一郎用重正化概念发展了量子电动力学，从而获得1965年诺贝尔物理学奖。 :baike.baidu./view/267121.?tp=0_11 谁能给我解释一下量子理论？ 以我们的生活经验，任何事物都可以无限细分。 但这种经验到围观领域完全不同。 比如，原子就是受量子特性影响很大的物质了。你可以把西瓜切成任意份，但原子就只能是有限的几个，而且微观领域不只是空间，力的变化都是论“个数”的，这反应在座标上，变化不是一条均匀的线，而是一个个点……。 请用通俗的语言解释一下土地自由流转 农村土地流转指的是土地使用权流转,土地使用权流转的含义,是指拥有土地承包经营权的农户将土地经营权(使用权)转让给其他农户或经济组织,即保留承包权,转让使用权 。 中国关于农村土地使用权流动的政策刚出台，上海就在积极实施了。据悉，上海农村集体土地使用权流转机制的思路框架基本形成：将按照“土地确权、两权（所有权和使用权）分离、价值显化、市场运作、利益共享”方针，依据土地有偿使用原则，对上海郊区农业用地和建设用地使用权实行有偿有期限流转制度。农业用地在土地承包期限内，可以通过转包、转让、入股、合作、租赁、互换等方式出让承包权，鼓励农民将承包的土地向专业大户、合作农场和农业园区流转，发展农业规模经营。 ^^^^集体建设用地可通过土地使用权的合作、入股、联营、转换等方式进行流转，鼓励集体建设用地向城镇和工业园区集中。其要点是：在不改变家庭承包经营基本制度的基础上，把股份制引入土地制度建设，建立以土地为主要内容的农村股份合作制，把农民承包的土地从实物形态变为价值形态，让一部分农民获得股权后安心从事二、三产业；另一部分农民可以扩大土地经营规模，实现市郊农业由传统向现代转型。 农村集体土地所有权的完善 从上面的分析可以看出，现行农村集体土地制度存在种种弊端，其根本原因在于“农民没有获得明晰，可靠和长久的土地产权”[6]（P99）。那么，怎样才能实现这个目标呢？让我们先对以下几种改革我国农村集体土地所有权的方案逐一加以分析。 （一）关于农村集体土地所有权改革的几种方案[7]（P164） 1、国有化方案 对于农村集体土地所有权的改革而言，集体土地有化符合社会主义本质要求，能够得到我国政治体制的支援，有利于国土综合整治，有利于土地管理和国家对农村经济的巨集观调节，且符合农业生产规模化经营的要求[8]（P131-132）。 但是农民的心里能否接受的问题。是在1956年，我国实际农业合作化的时候，就曾提出过国有化方案，之所以没有采纳，主要拍引起农民的误解。“如果说，在当时党风、政风相当廉政，各级 *** 在农民心中享有很高威信、社会十分稳定的情况下，尚且有这样的顾虑，那么在今天我们受到腐败现象和其他种种社会不稳定因素严重困扰的情况下，这个问题就更应该加以慎重的对待。[9]（P109）。 总之，国有化方案如果无法克服上述种种困难，而“匆忙的采用政治手段强行推之，将导致另一个‘合作化运动"的悲剧，确须慎之又慎”[10]（P98）。 2、私有化方案 这种方案的可行性更值得怀疑。首先不为我国现行的政治体制所接受。我国是社会主义国家，而坚持公有制的主体地位是社会主义制度的主要特征之一，集体所有利的公有制的重要组成部分，这样，坚持社会主义道路，就必须坚持土地公有制（土地是集体财产的主要部分），而这在人们思维中，已是根深蒂固的认识，更何况，“所有权不只是一种财产的形式，它是有十分丰富的经济内涵和政治内涵” [11]（P189）。因此，实行土地私有化的改革必然遭到基础政治制度的强烈反对，缺乏政治支援久。同时，这也不会被广大的农民所支援和接受。 其次，私有化后的土地兼并问题，我们也不得不考虑，“土地兼并是中国历史上困扰中国土地制度并影响中国政治生活和经济生活的一大问题” [12]（P10）。在当代，如果出现这种情况，其结果不仅仅是扩大农村贫富差距，而且可能导致大量的农民涌入城市，这给城市的就业、居住、治安等问题增加压力。有人可能会设想，用限制土地转让或限制个人拥有土地数量的办法来抑制土地兼并，但这又意味着所有权能的欠缺。反而言之，为了防止土了兼并而不给农民以自由处分土地的权利，倒不如授予农民永久性的土地使用权，那又何必搞土地私有化呢？ 3、多种所有权并存的方案 这种方案是部分取消集体土地所有权，实行农村土地混合所有的方式，即国家所有、集体所有和个人所有并存的局面它在于调和前两种方案。 4、回避集体土地所有权，强调以利用为中心的土地制度改革思路 这种观点主张以物的“利用”为中心代替物的“所有”为中心，通过改革用益物权制度解决农村土地制度问题。2002年8月29日，通过的《农村土地承包法》就是这种思路的直接反映、整部法律仅有一个条文间接提到有关集体土地所有权的问题，但这种观点和立法思路也是不现实的。 首先，这种思路无法克服农村集体土地制度改革中最严重的顽症——所有权主体虚位。由于所有权主体虚位，那么，实际掌握土地支配权的少数乡村干部便可以随意侵害和干涉土地使用人，使土地承包关系不稳定，如果不通过一定的法律机制来控制发包方滥用所有许可权，那么将土地承包经营权由债权性变为物权性的成效也就要大打折扣。因为无论土地承包经营权是债权抑或是物权，对发包方都是有法律的拘束力和不可侵犯性，至于承包方是以违约还是以违法作为请求发包方承担民事责任的依据，在后果上是微不足道的。[13]（P168）可见，这种改革方案虽有一定的积极意义，但绝非釜底抽薪之策。 其次，用益物权的种种理论与规则皆是围绕所有问题而顺利展开。在我国今后的物权立法中，虽然我们不再强调所有权的绝对性，但对所有权的尊重仍是建立用益物权的必要前提，对财产归属的强调仍然是有重要的现实意义。[14]（P605）因而，我国农村集体土地制度的立法还是不能忽视有关所有权的规定。 能用通俗的语言解释一下乘法原理和加法原理吗 定义就极简单。 加法原理 做一件事，完成它可以有n类办法，在第一类办法中有m1种不同的方法，在第二类办法中有m2种不同的方法，……，在第n类办法中有mn种不同的方法，那么完成这件事共有N=m1+m2+m3+…+mn种不同方法。每一种方法都能够直接达成目标。 乘法原理 做一件事，完成它需要分成n个步骤，做第一步有m1种不同的方法，做第二步有m2种不同的方法，……，做第n步有mn种不同的方法，那么完成这件事共有N=m1×m2×m3×…×mn种不同的方法。 如何在黑洞，时间悖论和量子不确定性中幸存 语言学或者数学自然知识里经常会遇到悖论。但就悖论本身来讲，是出于我们对于自己设定的规则不完善。所谓的更高阶语言，其实是现有语言的补充。所以你的答案，如果我用你能听懂的语言讲给你听，那么这就是现有的规则。然而这个规则是不完善的。所以我说的有漏洞。如果你找到了这个漏洞。也只是说明你发现了这个规则的不完善之处。高阶语言只有得到大部分或者权威认可，才有社会效力。就像现在的量子理论有好几种形式，但是没人能说出来哪个是最正确的。所以就没有一个谁更高阶的说法。也许以后会有一个大家认可的说法出现。这也是必然。需要的只是时间。 概率理论与不确定性相关吗 概率论是研究随机现象数量规律的数学分支。 事件的概率则是衡量该事件发生的可能性的量度。虽然在一次随机试验中某个事件的发生是带有偶然性的，但那些可在相同条件下大量重复的随机试验却往往呈现出明显的数量规律。 从研究的角度，概率理论研究的与不确定性有关，是从不确定性中找出确定的事件发生的规律。 用最通俗的语言解释一下 引力质量与惯性质量为什么相等 你的思维反了 正确思维是这样的，牛顿一开始没有进行认真区分（甚至没意识到这两种质量物理本质的不同），但得到的结果和实验符合的很好，没有遇到什问题，后来爱因斯坦发现这两种质量内在的物理本质很不同，发出疑问“他们为什么会相等”（因为一直以来万有引力定律结论都没什么错误），这个相等在思维上其实是很难证明的（甚至不可能），而是做很多精细的实验去检验它，结果发现在很高的精度下确实相等（其实是成比例），于是由这基本事实出发，再通过推理，得到了广义相对论 如何在黑洞，时间悖论和量子不确定性中幸存 pdf 我不给你说那些抽象的概念,给你举个例子,你就会明白为什么时间会变慢.假设有一个火箭,长度为30万千米,也就是光一秒所行进的距离.有两个人分别在头部和尾部.在头部那个人每隔一秒用手电照一下下面.如果火箭是静止的,那么下面那个人也就会每隔一秒看到一次亮光.可是如果这个火箭加速,比如说加速到15万公里每秒,达到了光速的一半,那么上面的人每隔一秒发的光讯号,底下的人用0.5秒的时间就能收到（光向下跑,火箭向上飞,很容易想象吧?）如此类推,上面发两次,底下用1秒就能收到,上面发100次,底下用50秒就能收到,上面一百年时间连续发,底下用50年就收完了.如果火箭飞的更快,那下面接受的就更快了.楼主能想明白吧?这就是所谓的时间变慢了.正如楼上所说,时间是用物质定义的,这个物质就是光.如果你想旅行到未来,你只需要加速到接近光速就行了,这个理论上是可行的,只是目前技术达不到.还是这个例子,如果火箭速度超过光速,那么上面的人还没发讯号,底下的人就收到了.这就是回到过去.所以如果想回到过去,就要超光速.不过根据相对论,超光速是不可行的,任何物体速度都不可能超过光速.所以不能回到过去,这也解释了为什么我们这个时代没有未来的人来.现在说说你想知道的黑洞.你应该知道黑洞引力大到光也逃不出去,所以说被黑洞捕捉到的物体进入黑洞速度都会无限接近光速.你应该能想象那里时空会混乱成神马样子...这些应该能够解决你的问题,全手打原创,希望能帮助你理解.

量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。量子力学的基本原理包括量子态的概念，运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。　　在量子力学中，一个物理体系的状态由态函数表示，态函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。状态随时间的变化遵循一个线性微分方程，该方程预言体系的行为，物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示；测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作，对应于代表该量的算符对其态函数的作用；测量的可能取值由该算符的本征方程决定，测量的期待值由一个包含该算符的积分方程计算。

20世纪以前，人们认为无论以何种尺度做观察，所观察到的物质都应是相同的。我们回溯古希腊时期，一群哲人曾做过这样的思考：如果把某个物体切成小块，无限重复这一过程直到其小到不能再进行切割为止(原子)会发生什么？他们设想原子就是我们所观察的物质的缩小版。比如，奶酪的原子除了在尺寸上较奶酪更小之外，与一整块奶酪并无区别。但量子理论却颠覆了我们的传统认知。当我们试图去解释世界中的微观单位，像光子、电子以及现代意义的原子时，我们无法直接地通过感官感受到它们的存在。 当人们意识到了量子层面的存在，科学史学家们开始夸张地将这一转变称为“范式转移”。突然间，科学家们的世界观发生了变化。在量子革命之前，科学家们认为原子(假设原子存在——20世纪以前，许多科学家对原子的存在持保留态度)就是它们所构成的物质的无限小的球状物。量子物理学指出了它们的差异。比如，一块石墨和一个钻石完全不同，但石墨或者钻石的内部却充满着相同碳原子的集合。量子的活动很奇怪，但并不意味着没拿到物理学博士学位的人就没法理解并对它敬而远之。我就一直在给10岁左右的孩子教授量子理论的基础知识。我并不教授他们数学，了解量子理论的过程也无需任何数学计算。学生需要做的只是抛开怀疑，因为量子的活动总不按常理出牌。 20世纪伟大的量子物理学家理查德·费曼(我会在后面的内容中作详细介绍)曾在一次公开演讲时这样说道：“你们认为，我将知识讲述给你们，你们就听懂了吗？不，你们并未听懂。既然这样，我为何还要继续给你们讲课呢？为什么你们难以听懂我的课，还要花如此长的时间坐在这儿聆听呢？我的任务是劝你们，不要因为不懂而离开。其实，我的那些物理系的学生们也难以听懂。因为我自己也不懂，事实上，没有人懂。” 表面上看，好像是费曼教授让听众们失去了兴趣，因为他说学生们难以听懂他的授课内容。同时，费曼教授还声称自己也不懂量子物理学。相比之下，理论研究不如费曼教授的我却在给10岁的孩子们教授量子理论，这似乎不好解释。事实上，费在讲述了之前那段话后，接着进行了补充表达：“不是听众们无法了解量子领域发生的大事或者量子物理学所描述的一些现象，只是没人了解为什么它会以它所发生的形式发生。此外，它是那么的不符合常理，这给我们对它的认知造成了很大的麻烦。”就量子理论而言，10岁的孩子比成年人或许更容易接受，这也是我认为这门课(和相对论)在小学就应开设的一个重要原因。 费曼教授接着说道：“下面，我给大家介绍自然的概念。如果你不喜欢这一段的学习内容，也许会对你之后理解自然产生阻碍……量子电动力学理论(统一光与物质的理论)将自然描述为来自常识观点的谬误。而这也与我的实验完全吻合。所以，我希望你们能够接受本质的自然——谬误。”我们得接受并承认小说家D.H.劳伦斯(D.H. Lawrence)(尽管他不是量子理论的狂热爱好者)提出的观点：他喜欢量子理论的原因是他对量子理论完全不懂。 本期文章结束。下期我为大家继续讲解

原始称呼是光量子（light quantum），电磁辐射的量子，传递电磁相互作用的规范粒子，记为γ。其静止量为零，不带电荷，其能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积，E=hv，在真空中以光速c运行，其自旋为1，是玻色子。早在1900年，M.普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设，物质振子与辐射之间的能量交换是不连续的，一份一份的，每一份的能量为hv；1905年A.爱因斯坦进一步提出光波本身就不是连续的而具有粒子性，爱因斯坦称之为光量子；1923年A.H.康普顿成功地用光量子概念解释了X光被物质散射时波长变化的康普顿效应，从而光量子概念被广泛接受和应用，1926年正式命名为光子。量子电动力学确立后，确认光子是传递电磁相互作用的媒介粒子。带电粒子通过发射或吸收光子而相互作用，正反带电粒子对可湮没转化为光子，它们也可以在电磁场中产生。光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能量的多少与波长相关, 波长越短, 能量越高。当一个光子被分子吸收时,就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的分子就从基态变成了激发态。 光子具有能量，也具有动量，更具有质量，按照质能方程，E=MC^2=HV,求出M=HV/C^2, 光子由于无法静止，所以它没有静止质量，这儿的质量是光子的相对论质量。 光子是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子。光子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多数基本粒子相比，光子的静止质量为零，这意味着其在真空中的传播速度是光速。与其他量子一样，光子具有波粒二象性：光子能够表现出经典波的折射、干涉、衍射等性质；而光子的粒子性则表现为和物质相互作用时不像经典的粒子那样可以传递任意值的能量，光子只能传递量子化的能量。对可见光而言，单个光子携带的能量约为4×10-19焦耳，这样大小的能量足以激发起眼睛上感光细胞的一个分子，从而引起视觉。除能量以外，光子还具有动量和偏振态，但单个光子没有确定的动量或偏振态。

问题一：量子力学主要讲了什么 量子电动力学 量子电动力学（Quantum Electrodynamics，简写为QED），是量子场论中最成熟的一个分支，它研究的对象是电磁相互作用的量子性质（即光子的发射和吸收）、带电粒子的产生和湮没、带电粒子间的散射、带电粒子与光子间的散射等等。它概括了原子物理、分子物理、固体物理、核物理和粒子物理各个领域中的电磁相互作用的基本原理。 量子电动力学是从量子力学发展而来。量子力学可以用微扰方法来处理光的吸收和受激发射，但却不能处理光的自发射。电磁场的量子化会遇到所谓的真空涨落问题。在用微扰方法计算高一级近似时，往往会出现发散困难，即计算结果变成无穷大，因而失去了确定意义。后来，人们利用电荷守恒消去了无穷大，并证明光子的静止质量为零。量子电动力学得以确立。量子电动力学克服了无穷大困难，理论结果可以计算到任意精度，并与实验符合得很好，量子电动力学的理论预言也被实验所证实。到20世纪40年代末50年代初，完备的量子电动力学理论被确立，并大获全胜。 量子电动力学认为，两个带电粒子（比如两个电子）是通过互相交换光子而相互作用的。这种交换可以有很多种不同的方式。最简单的，是其中一个电子发射出一个光子，另一个电子吸收这个光子。稍微复杂一点，一个电子发射出一个光子后，那光子又可以变成一对电子和正电子，这个正负电子对可以随后一起湮灭为光子，也可以由其中的那个正电子与原先的一个电子一起湮灭，使得结果看起来像是原先的电子运动到了新产生的那个电子的位置。更复杂的，产生出来的正负电子对还可以进一步发射光子，光子可以在变成正负电子对……而所有这些复杂的过程，最终表现为两个电子之间的相互作用。量子电动力学的计算表明，不同复杂程度的交换方式，对最终作用的贡献是不一样的。它们的贡献随着过程中光子的吸收或发射次数呈指数式下降，而这个指数的底，正好就是精细结构常数。或者说，在量子电动力学中，任何电磁现象都可以用精细结构常数的幂级数来表达。这样一来，精细结构常数就具有了全新的含义：它是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的一种度量，或者说，它就是电磁相互作用的强度。 1965年诺贝尔物理学奖授予日本东京教育大学的朝永振一郎（Sin-Itiro Tomonaga，1906―1979），美国马萨诸塞州坎布里奇哈佛大学的施温格（Julian S.Schwinger，1918―1994）和美国加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的费曼（Richard Phillips Feynman，1918―1988），以表彰他们在量子电动力学所作的基础工作，这些工作对基本粒子物理学具有深远的影响。 费曼、施温格和朝永振一郎的贡献就是用不同方法独立地异途同归地解决了这一困难，从而建立了量子电动力学的新理论体系。他们从不同的渠道运用“重正化”概念把发散量确切地归入电荷与质量的重新定义中，从而使高阶近似的理论结果不再会遇到发散。“重正化”的意思就是用一定的步骤把微扰论积分中出现的发散分离出去，吸收到相互作用耦合常数及粒子的质量中，并通过重新定义相互作用耦合常数和粒子的质量，来获得不发散的矩阵元，使计算结果可与实验对比。 有了重正化方法，量子电动力学获得了巨大成功，由此计算出来的电子反常磁矩和兰姆位移与实验结果相符达十几位量级。可见，量子电动力学是何等精确的理论。这一切既要归功于众多对现代物理学作过贡献的物理学家，更要归功于1965年这三位诺贝尔物理学奖获得者。 费曼1918年5 月11日出生于美国纽约市郊俄国移民犹太族家庭里，1935年进入麻省理工学院（MIT），先学数学，后转物理。1939年......>> 问题二：量子力学在讲什么.谁能告诉我 量子力学： 量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科。它提供粒子“似-粒”、“似-波”双重性（即“波粒二象性”）及能量与物质相互作用的数学描述。它和经典力学的主要区别在于：它研究原子和次原子等“量子领域”。量子力学的进一步研究课题为：宏观物质在十分低或十分高能量或温度才出现的现象。 问题三：量子力学简单来说是怎么回事？ 量子力学是用来解释微观粒子的物理分支。原子分子电子等微观粒子用我们宏观世界的牛顿力学无法解释，比如电子围绕原子核转动。比如用牛顿力学来看，电子受到原子核的引力要等于他旋转产生的离心力，离心力大小与旋转半径和转速有关。按照这个理论只要电子旋转速度改变，电子的旋转半径也就是离原子核的距离就会改变。而实际上不是这样，电子运行速度没有改变，他运行的轨道也会变化，这用牛顿力学是无法解释的。这时候就要靠量子力学的轨道能量来解释，电子获得外部能量就会向高能量的轨道跃迁。简单一点就是，你能看的到世界都是符合三大牛顿运动定律的，而看不见的微观世界，涉及到原子分子，光波等等牛顿定律不可用，要研究他们就要使用量子力学里面的定律。 问题四：量子力学的本质是什么.量子力学说明了什么问题 叫几率波真是害人。 它不是实在的波，是粒子出现的几率幅。 只是这个几率幅有象波一样的表达式。

量子电动力学中字母被斜杠批掉表示被斜杠批掉的字母所代表的量的洛伦兹四矢量与四个gamma矩阵的四矢量取内积。量子电动力学（Quantum Electrodynamics，英文简写为QED）是量子场论中最成熟的一个分支。它研究的对象是电磁相互作用的量子性质（即光子的发射和吸收）、带电粒子的产生和湮没、带电粒子间的散射、带电粒子与光子间的散射等等。它概括了原子物理、分子物理、固体物理、核物理和粒子物理各个领域中的电磁相互作用的基本原理。

量子电动力学（Quantum Electrodynamics，英文简写为QED）是量子场论中最成熟的一个分支。它研究的对象是电磁相互作用的量子性质（即光子的发射和吸收）、带电粒子的产生和湮没、带电粒子间的散射、带电粒子与光子间的散射等等。它概括了原子物理、分子物理、固体物理、核物理和粒子物理各个领域中的电磁相互作用的基本原理。

精细结构常数表示电子运动速度和光速的比值,计算公式为 α=(e^2)/(2ε0*h*c)(其中 e 是电子的电荷， ε0 是真空介电常数， h 是普朗克常数， c 是真空中的光速) 。量子电动力学认为，两个带电粒子（比如两个电子）是通过互相交换光子而相互作用的。这种交换可以有很多种不同的方式。最简单的，是其中一个电子发射出一个光子，另一个电子吸收这个光子。稍微复杂一点，一个电子发射出一个光子后，那光子又可以变成一对电子和正电子，这个正负电子对可以随后一起湮灭为光子，也可以由其中的那个正电子与原先的一个电子一起湮灭，使得结果看起来像是原先的电子运动到了新产生的那个电子的位置。更复杂的，产生出来的正负电子对还可以进一步发射光子，光子可以在变成正负电子对……而所有这些复杂的过程，最终表现为两个电子之间的相互作用。量子电动力学的计算表明，不同复杂程度的交换方式，对最终作用的贡献是不一样的。它们的贡献随着过程中光子的吸收或发射次数呈指数式下降，而这个指数的底，正好就是精细结构常数。或者说，在量子电动力学中，任何电磁现象都可以用精细结构常数的幂级数来表达。这样一来，精细结构常数就具有了全新的含义：它是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的一种度量，或者说，它就是电磁相互作用的强度。

下表列出了世纪之交物理学上有重大意义的实验发现:eginmbox{年代}& mbox{人物}& mbox{贡献} 1895 & mbox{伦琴} & mbox{发现X射线} 1896 &mbox{贝克勒尔}& mbox{发现放射性}1896 &mbox{塞曼} & mbox{发现磁场使光谱线分裂}1897 &mbox{J.J汤姆生} &mbox{发现电子}1898 &mbox{卢瑟福} & mbox{发现}alpha.eta mbox{射线}----1898 &mbox{居里夫妇} &mbox{发现放射性元素钋和镭}1899--1900 &mbox{卢梅尔和鲁本斯等人} &mbox{发现热辐射能量分布曲线偏离维恩分布率}--1900 &mbox{维拉德} &mbox{发现了}gammambox{射线}1901 &mbox{考夫曼} &mbox{发现电子的质量随速度增加}1902 &mbox{勒那德} &mbox{发现光电效应基本规律}1902 &mbox{里查森} &mbox{发现热电子发射规律}1903 &mbox{卢瑟福} &mbox{发现放射性元素的蜕变规律}

这种课程一般是在博士生的时候学的。。。。。。。。。国外研究生时也有学的。。。一般国内的大学基本上没有这种课。。。。

量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一，而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。 量子力学的发展简史 　　量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。 　　1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出黑体辐射能量分布公式，成功地解释了黑体辐射现象。 　　1905年，爱因斯坦引进光量子(光子)的概念，并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系，成功地解释了光电效应。其后，他又提出固体的振动能量也是量子化的，从而解释了低温下固体比热问题。 　　1913年，玻尔在卢瑟福有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。按照这个理论，原子中的电子只能在分立的轨道上运动，原子具有确定的能量，它所处的这种状态叫“定态”，而且原子只有从一个定态到另一个定态，才能吸收或辐射能量。这个理论虽然有许多成功之处，但对于进一步解释实验现象还有许多困难。 　　在人们认识到光具有波动和微粒的二象性之后，为了解释一些经典理论无法解释的现象，法国物理学家德布罗意于1923年提出微观粒子具有波粒二象性的假说。德布罗意认为：正如光具有波粒二象性一样，实体的微粒(如电子、原子等)也具有这种性质，即既具有粒子性也具有波动性。这一假说不久就为实验所证实。 　　由于微观粒子具有波粒二象性，微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律，描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。当粒子的大小由微观过渡到宏观时，它所遵循的规律也由量子力学过渡到经典力学。 　　量子力学与经典力学的差别首先表现在对粒子的状态和力学量的描述及其变化规律上。在量子力学中，粒子的状态用波函数描述，它是坐标和时间的复函数。为了描写微观粒子状态随时间变化的规律，就需要找出波函数所满足的运动方程。这个方程是薛定谔在1926年首先找到的，被称为薛定谔方程。 　　当微观粒子处于某一状态时，它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值，而具有一系列可能值，每个可能值以一定的几率出现。当粒子所处的状态确定时，力学量具有某一可能值的几率也就完全确定。这就是1927年，海森伯得出的测不准关系，同时玻尔提出了并协原理，对量子力学给出了进一步的阐释。 　　量子力学和狭义相对论的结合产生了相对论量子力学。经狄拉克、海森伯和泡利等人的工作发展了量子电动力学。20世纪30年代以后形成了描述各种粒子场的量子化理论──量子场论，它构成了描述基本粒子现象的理论基础。 　　量子力学是在旧量子论建立之后发展建立起来的。旧量子论对经典物理理论加以某种人为的修正或附加条件以便解释微观领域中的一些现象。由于旧量子论不能令人满意，人们在寻找微观领域的规律时，从两条不同的道路建立了量子力学。 　　1925年，海森堡基于物理理论只处理可观察量的认识，抛弃了不可观察的轨道概念，并从可观察的辐射频率及其强度出发，和玻恩、约尔丹一起建立起矩阵力学；1926年，薛定谔基于量子性是微观体系波动性的反映这一认识，找到了微观体系的运动方程，从而建立起波动力学，其后不久还证明了波动力学和矩阵力学的数学等价性；狄拉克和约尔丹各自独立地发展了一种普遍的变换理论，给出量子力学简洁、完善的数学表达形式。 量子力学的基本内容 　　量子力学的基本原理包括量子态的概念，运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。 　　在量子力学中，一个物理体系的状态由波函数表示，波函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。状态随时间的变化遵循一个线性微分方程，该方程预言体系的行为，物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示；测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作，对应于代表该量的算符对其波函数的作用；测量的可能取值由该算符的本征方程决定，测量的期待值由一个包含该算符的积分方程计算。 　　波函数的平方代表作为其变数的物理量出现的几率。根据这些基本原理并附以其他必要的假设，量子力学可以解释原子和亚原子的各种现象。 　　关于量子力学的解释涉及许多哲学问题，其核心是因果性和物理实在问题。按动力学意义上的因果律说，量子力学的运动方程也是因果律方程，当体系的某一时刻的状态被知道时，可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。 　　但量子力学的预言和经典物理学运动方程(质点运动方程和波动方程)的预言在性质上是不同的。在经典物理学理论中，对一个体系的测量不会改变它的状态，它只有一种变化，并按运动方程演进。因此，运动方程对决定体系状态的力学量可以作出确定的预言。 　　但在量子力学中，体系的状态有两种变化，一种是体系的状态按运动方程演进，这是可逆的变化；另一种是测量改变体系状态的不可逆变化。因此，量子力学对决定状态的物理量不能给出确定的预言，只能给出物理量取值的几率。在这个意义上，经典物理学因果律在微观领域失效了。 　　据此，一些物理学家和哲学家断言量子力学摈弃因果性，而另一些物理学家和哲学家则认为量子力学因果律反映的是一种新型的因果性──几率因果性。量子力学中代表量子态的波函数是在整个空间定义的，态的任何变化是同时在整个空间实现的。 　　20世纪70年代以来，关于远隔粒子关联的实验表明，类空分离的事件存在着量子力学预言的关联。这种关联是同狭义相对论关于客体之间只能以不大于光速的速度传递物理相互作用的观点相矛盾的。于是，有些物理学家和哲学家为了解释这种关联的存在，提出在量子世界存在一种全局因果性或整体因果性，这种不同于建立在狭义相对论基础上的局域因果性，可以从整体上同时决定相关体系的行为。 　　量子力学用量子态的概念表征微观体系状态，深化了人们对物理实在的理解。微观体系的性质总是在它们与其他体系，特别是观察仪器的相互作用中表现出来。 　　人们对观察结果用经典物理学语言描述时，发现微观体系在不同的条件下，或主要表现为波动图象，或主要表现为粒子行为。而量子态的概念所表达的，则是微观体系与仪器相互作用而产生的表现为波或粒子的可能性。 　　量子力学表明，微观物理实在既不是波也不是粒子，真正的实在是量子态。真实状态分解为隐态和显态，是由于测量所造成的，在这里只有显态才符合经典物理学实在的含义。微观体系的实在性还表现在它的不可分离性上。量子力学把研究对象及其所处的环境看作一个整体，它不允许把世界看成由彼此分离的、独立的部分组成的。关于远隔粒子关联实验的结论，也定量地支持了量子态不可分离性的观点。

量子电动力学 量子电动力学（Quantum Electrodynamics，简写为QED），是量子场论中最成熟的一个分支，它研究的对象是电磁相互作用的量子性质（即光子的发射和吸收）、带电粒子的产生和湮没、带电粒子间的散射、带电粒子与光子间的散射等等。它概括了原子物理、分子物理、固体物理、核物理和粒子物理各个领域中的电磁相互作用的基本原理。 量子电动力学是从量子力学发展而来。量子力学可以用微扰方法来处理光的吸收和受激发射，但却不能处理光的自发射。电磁场的量子化会遇到所谓的真空涨落问题。在用微扰方法计算高一级近似时，往往会出现发散困难，即计算结果变成无穷大，因而失去了确定意义。后来，人们利用电荷守恒消去了无穷大，并证明光子的静止质量为零。量子电动力学得以确立。量子电动力学克服了无穷大困难，理论结果可以计算到任意精度，并与实验符合得很好，量子电动力学的理论预言也被实验所证实。到20世纪40年代末50年代初，完备的量子电动力学理论被确立，并大获全胜。 量子电动力学认为，两个带电粒子（比如两个电子）是通过互相交换光子而相互作用的。这种交换可以有很多种不同的方式。最简单的，是其中一个电子发射出一个光子，另一个电子吸收这个光子。稍微复杂一点，一个电子发射出一个光子后，那光子又可以变成一对电子和正电子，这个正负电子对可以随后一起湮灭为光子，也可以由其中的那个正电子与原先的一个电子一起湮灭，使得结果看起来像是原先的电子运动到了新产生的那个电子的位置。更复杂的，产生出来的正负电子对还可以进一步发射光子，光子可以在变成正负电子对……而所有这些复杂的过程，最终表现为两个电子之间的相互作用。量子电动力学的计算表明，不同复杂程度的交换方式，对最终作用的贡献是不一样的。它们的贡献随着过程中光子的吸收或发射次数呈指数式下降，而这个指数的底，正好就是精细结构常数。或者说，在量子电动力学中，任何电磁现象都可以用精细结构常数的幂级数来表达。这样一来，精细结构常数就具有了全新的含义：它是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的一种度量，或者说，它就是电磁相互作用的强度。 1965年诺贝尔物理学奖授予日本东京教育大学的朝永振一郎（Sin-Itiro Tomonaga，1906—1979），美国马萨诸塞州坎布里奇哈佛大学的施温格（Julian S.Schwinger，1918—1994）和美国加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的费曼（Richard Phillips Feynman，1918—1988），以表彰他们在量子电动力学所作的基础工作，这些工作对基本粒子物理学具有深远的影响。 费曼、施温格和朝永振一郎的贡献就是用不同方法独立地异途同归地解决了这一困难，从而建立了量子电动力学的新理论体系。他们从不同的渠道运用“重正化”概念把发散量确切地归入电荷与质量的重新定义中，从而使高阶近似的理论结果不再会遇到发散。“重正化”的意思就是用一定的步骤把微扰论积分中出现的发散分离出去，吸收到相互作用耦合常数及粒子的质量中，并通过重新定义相互作用耦合常数和粒子的质量，来获得不发散的矩阵元，使计算结果可与实验对比。 有了重正化方法，量子电动力学获得了巨大成功，由此计算出来的电子反常磁矩和兰姆位移与实验结果相符达十几位量级。可见，量子电动力学是何等精确的理论。这一切既要归功于众多对现代物理学作过贡献的物理学家，更要归功于1965年这三位诺贝尔物理学奖获得者。 费曼1918年5 月11日出生于美国纽约市郊俄国移民犹太族家庭里，1935年进入麻省理工学院（MIT），先学数学，后转物理。1939年本科毕业，毕业论文发表在《物理评论》（Phys.Rev.）上，内有一个后来以他的名字命名的量子力学公式。1939年9月在普林斯顿大学当惠勒（J.Wheeler）的研究生，致力于研究量子力学的疑难问题：发散困难。第二次世界大战中，参加洛斯阿拉莫斯科学实验室研制原子弹。1942年得普林斯顿大学理论物理学博士学位。战争结束后到康奈尔大学任教。自1951年起任加利福尼亚理工学院教授。 费曼于40年代发展了用路径积分表达量子振幅的方法，并于1948年提出量子电动力学新的理论形式、计算方法和重正化方法，从而避免了量子电动力学中的发散困难。目前量子场论中的“费曼振幅”、“费曼传播子”、“费曼规则”等均以他的姓氏命名。费曼图是费曼在四十年代末首先提出的，用于表述场与场间的相互作用，可以简明扼要地体现出过程的本质，费曼图早已得到广泛运用，至今还是物理学中对电磁相互作用的基本表述形式。 1958年费曼和盖尔曼合作，提出了弱相互作用的矢量-膺矢量型理论（即V-A理论，又称普适费米型弱相互作用理论）。这是经过20余年曲折发展以后所达到的关于弱相互作用的正确的唯象理论。这一理论为以后温伯格、萨拉姆和格拉肖建立电磁相互作用和弱相互作用的统一理论开辟了道路。在50年代前期，费曼还曾经从事发展液氮的微观理论的研究工作。 费曼的路径积分方法是他的独创性又一个鲜明的例证。 费曼总是以自己独特的方式来研究物理学。他不受已有的薛定谔的波函数和海森堡的矩阵这两种方法的限制，独立地提出用跃迁振幅的空间-时间描述来处理几率问题。他以几率振幅叠加的基本假设为出发点，运用作用量的表达形式，对从一个空间-时间点到另一个空间-时间点的所有可能路径的振幅求和。这一方法简单明了，成了第三种量子力学的表述法。 1968年费曼根据电子深度非弹性散射实验和布约肯（J.D.Bjorken）的标度无关性提出高能碰撞中的强子结构模型。这种模型认为强子是由许多点粒子构成，这些点粒子就叫部分子（parton）。部分子模型在解释高能实验现象上比较成功，它能较好地描述有关轻子对核子的深度非弹性散射、电子对湮灭、强子以及高能强子散射等高能过程，并在说明这些过程中逐步丰富了强子结构的物理图像。 1986年2月费曼应邀参加总统委员会，调查“挑战者”号失事原因。会议前一天，他先去喷气推进实验室了解情况，作了详细记录。当时众说纷纭，莫衷一是。他敏锐地注意到密封问题。会议令他失望，互相扯皮，推卸责任，没完没了地听取证人的证词。费曼要求再去调查，结果发现美国航天局的报告自相矛盾。他注意到，他们原来是用计算机分析橡胶的弹性，条件不合要求。有一将军问费曼，低温对橡胶有无影响？提醒了他注意到用于密封的O圈在-2℃可能失去弹性。费曼还注意到，在发射前火箭公司有一位工程师坚持不宜发射的意见，但经理在军方压力下同意了。进一步调查还表明，发射台的温度数据欠准。1986年2月，费曼公正地把真相公之于众。1986年2月11日在总统委员会开会论证时，费曼把一块与O圈材料相同的橡胶投入冰水中，证明“挑战者”号失事的原因就在于寒冷的气候。这件事曾经轰动了全世界，但是人们哪里知道，这时费曼正在顽强地与胃癌斗争，不久他就与世长辞了。 费曼的重要著作有：《量子电动力学》、《量子力学和路径积分》，与希布斯合著《光子强子相互作用》等。《费曼物理学讲义》（共三卷）是美国六十年代科学教育改革的重要尝试，虽然深度、广度过高，但不失为优秀参考读物。费曼在前言中写道：“我讲授的主要目的，不是帮助你们应付考试，也不是帮你们为工业或国防服务。我最希望做到的是，让你们欣赏这奇妙的世界以及物理学观察它的方法”。1973年诺贝尔物理学奖获得者贾埃沃（I.Giaever）说过：费曼是对他影响最大的物理学家，而《费曼物理学讲义》是对他影响最深的书籍。这套讲义的特色是：引人入胜，丰富生动，论述精辟，富于启发。费曼透彻讲解了物理现象的本质和规律。费曼的自传：《别闹了，费曼先生》是一本备受欢迎的文学著作。 如果说费曼是一代奇才，则施温格也不愧为物理学家中的“莫扎特”。施温格1918 年2月12日出生于纽约，他自幼聪慧过人，在数学和科学方面显示出非凡的才能。由于多次跳级，14岁即高中毕业，进入纽约市立学院学习。他爱好自学，从图书馆中借阅了各种物理书籍，经常不到课堂听讲。据说，统计力学课他从未出席，却在期末考试中成绩突出，因为他推导的步骤比其他同学按课堂上学到的方法简捷得多。有人夸奖年轻的施温格说：“他对物理学就像莫扎特对音乐那样。”哥伦比亚大学的拉比教授非常欣赏施温格的才华，对人说：施温格已经知晓了物理学的 90％，其余的“只要几天就够了”。在拉比的推荐下，施温格转到哥伦比亚大学，并于1936年获学士学位，1939年获博士学位，时年21岁。然后到伯克利加州大学当了奥本海墨的研究助理。1941年到柏图大学任教，后来到芝加哥大学参加原子反应堆设计。为了避免卷入拥苹┪赂裨?943年离开芝加哥，转到麻省理工学院，从事雷达系统的改进。正是这项工作使他对电磁辐射理论发生了兴趣，把工作重点转到量子电动力学的理论。1945年施温格应聘成为哈佛大学副教授，两年后升教授，成为该校最年轻的教授。就是在这段时期，施温格进行了重正化的研究。他的方法与费曼的不同，如果说费曼用的是“积分”方法，则施温格用的是“微分”方法，但是两种方法得到的结果是一样的。 量子电动力学的另一位奠基人朝永振一郎1906 年3月31日出生于日本东京，1929年毕业于京都大学理学部物理学科，随后在玉城嘉七郎研究室任临时见习研究生，3年之后，赴东京理化研究所，在仁科芳雄研究室当研究员，1937年留学德国，在海森伯的领导下研究原子核理论和量子理论，1939年底，回国接受东京帝国大学的理学博士学位。1941年，任东京文理科大学物理学教授，提出量子场论的超多时理论，第二次世界大战期间，曾经研究雷达技术中磁控管的理论，发表了《分割阳极磁电管理论》的论文，战后继续研究和发展他的超多时理论和介子耦合理论，同时参与《理论物理进展》的创办工作。朝永振一郎以他的超多时理论为基础，找到了一种避开量子电动力学中发散困难的重正化方法，利用这种方法，可以成功地解释兰姆位移和电子反常磁矩的实验。他的工作几乎与施温格和费曼同时。他们独立地完成了类似的研究，达到了同样的目的，真可谓殊途同归。他们的研究使得描写微观世界的量子电动力学理论成为一个精确的理论，并对以后的理论发展产生了深远影响。1949年，朝永振一郎应聘赴美国普林斯顿高级研究院工作，提出了高密度极限的多费密子体系的一维模型理论。回国后创建了东京大学原子核研究所。1956年以后，先后出任东京教育大学校长、日本学术会议会长、东京教育大学光学研究所所长。他还得到日本学士院院士、日本文化勋章以及好几个国家的科学院荣誉院士称号。1957年5月朝永振一郎曾率领日本物理代表团来中国访问并进行学术交流。朝永振一郎于1979年7月8日在东京病逝。

量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一，而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。量子力学的发展简史量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出黑体辐射能量分布公式，成功地解释了黑体辐射现象。1905年，爱因斯坦引进光量子(光子)的概念，并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系，成功地解释了光电效应。其后，他又提出固体的振动能量也是量子化的，从而解释了低温下固体比热问题。1913年，玻尔在卢瑟福有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。按照这个理论，原子中的电子只能在分立的轨道上运动，原子具有确定的能量，它所处的这种状态叫“定态”，而且原子只有从一个定态到另一个定态，才能吸收或辐射能量。这个理论虽然有许多成功之处，但对于进一步解释实验现象还有许多困难。在人们认识到光具有波动和微粒的二象性之后，为了解释一些经典理论无法解释的现象，法国物理学家德布罗意于1923年提出微观粒子具有波粒二象性的假说。德布罗意认为：正如光具有波粒二象性一样，实体的微粒(如电子、原子等)也具有这种性质，即既具有粒子性也具有波动性。这一假说不久就为实验所证实。由于微观粒子具有波粒二象性，微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律，描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。当粒子的大小由微观过渡到宏观时，它所遵循的规律也由量子力学过渡到经典力学。量子力学与经典力学的差别首先表现在对粒子的状态和力学量的描述及其变化规律上。在量子力学中，粒子的状态用波函数描述，它是坐标和时间的复函数。为了描写微观粒子状态随时间变化的规律，就需要找出波函数所满足的运动方程。这个方程是薛定谔在1926年首先找到的，被称为薛定谔方程。当微观粒子处于某一状态时，它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值，而具有一系列可能值，每个可能值以一定的几率出现。当粒子所处的状态确定时，力学量具有某一可能值的几率也就完全确定。这就是1927年，海森伯得出的测不准关系，同时玻尔提出了并协原理，对量子力学给出了进一步的阐释。量子力学和狭义相对论的结合产生了相对论量子力学。经狄拉克、海森伯和泡利等人的工作发展了量子电动力学。20世纪30年代以后形成了描述各种粒子场的量子化理论——量子场论，它构成了描述基本粒子现象的理论基础。量子力学是在旧量子论建立之后发展建立起来的。旧量子论对经典物理理论加以某种人为的修正或附加条件以便解释微观领域中的一些现象。由于旧量子论不能令人满意，人们在寻找微观领域的规律时，从两条不同的道路建立了量子力学。1925年，海森堡基于物理理论只处理可观察量的认识，抛弃了不可观察的轨道概念，并从可观察的辐射频率及其强度出发，和玻恩、约尔丹一起建立起矩阵力学；1926年，薛定谔基于量子性是微观体系波动性的反映这一认识，找到了微观体系的运动方程，从而建立起波动力学，其后不久还证明了波动力学和矩阵力学的数学等价性；狄拉克和约尔丹各自独立地发展了一种普遍的变换理论，给出量子力学简洁、完善的数学表达形式。量子力学的基本内容量子力学的基本原理包括量子态的概念，运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。在量子力学中，一个物理体系的状态由波函数表示，波函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。状态随时间的变化遵循一个线性微分方程，该方程预言体系的行为，物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示；测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作，对应于代表该量的算符对其波函数的作用；测量的可能取值由该算符的本征方程决定，测量的期待值由一个包含该算符的积分方程计算。波函数的平方代表作为其变数的物理量出现的几率。根据这些基本原理并附以其他必要的假设，量子力学可以解释原子和亚原子的各种现象。关于量子力学的解释涉及许多哲学问题，其核心是因果性和物理实在问题。按动力学意义上的因果律说，量子力学的运动方程也是因果律方程，当体系的某一时刻的状态被知道时，可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。但量子力学的预言和经典物理学运动方程(质点运动方程和波动方程)的预言在性质上是不同的。在经典物理学理论中，对一个体系的测量不会改变它的状态，它只有一种变化，并按运动方程演进。因此，运动方程对决定体系状态的力学量可以作出确定的预言。但在量子力学中，体系的状态有两种变化，一种是体系的状态按运动方程演进，这是可逆的变化；另一种是测量改变体系状态的不可逆变化。因此，量子力学对决定状态的物理量不能给出确定的预言，只能给出物理量取值的几率。在这个意义上，经典物理学因果律在微观领域失效了。据此，一些物理学家和哲学家断言量子力学摈弃因果性，而另一些物理学家和哲学家则认为量子力学因果律反映的是一种新型的因果性——几率因果性。量子力学中代表量子态的波函数是在整个空间定义的，态的任何变化是同时在整个空间实现的。20世纪70年代以来，关于远隔粒子关联的实验表明，类空分离的事件存在着量子力学预言的关联。这种关联是同狭义相对论关于客体之间只能以不大于光速的速度传递物理相互作用的观点相矛盾的。于是，有些物理学家和哲学家为了解释这种关联的存在，提出在量子世界存在一种全局因果性或整体因果性，这种不同于建立在狭义相对论基础上的局域因果性，可以从整体上同时决定相关体系的行为。量子力学用量子态的概念表征微观体系状态，深化了人们对物理实在的理解。微观体系的性质总是在它们与其他体系，特别是观察仪器的相互作用中表现出来。人们对观察结果用经典物理学语言描述时，发现微观体系在不同的条件下，或主要表现为波动图象，或主要表现为粒子行为。而量子态的概念所表达的，则是微观体系与仪器相互作用而产生的表现为波或粒子的可能性。量子力学表明，微观物理实在既不是波也不是粒子，真正的实在是量子态。真实状态分解为隐态和显态，是由于测量所造成的，在这里只有显态才符合经典物理学实在的含义。微观体系的实在性还表现在它的不可分离性上。量子力学把研究对象及其所处的环境看作一个整体，它不允许把世界看成由彼此分离的、独立的部分组成的。关于远隔粒子关联实验的结论，也定量地支持了量子态不可分离性的观点。

量子物理是与经典物理相对应的。 以前的牛顿力学，麦克斯韦电磁学乃至爱因斯坦相对论都属于经典物理。因为他们都没有摆脱物质连续性和因果性的束缚。 量子力学是从微观开始的，不过如今已经不仅仅是微观的事了。现在已经发展到宏观，乃至整个宇宙的形成等等。 量子理论强调物质（能量）的不连续性，不确定性和不因果性。 不连续性：物质和能量都有最小的单位，是一份一份的。 不确定性:人们无法同时给定物质所有的参数，一个知道的越详细，另一个就越不准确。 不因果性：即使你知道所有参数（虽然理论上不能），你得到的也只是个概率的结果。 形象一点，经典物理认为这个世界是“和谐”的，宇宙是有物理定律严格确定的，如果知道一个时刻的参数，便可以推论出宇宙任何时刻的样子。 量子物理就不一样，它认为这个世界是“自由”的。宇宙充满了不确定性，你无法准确知道物质的所有参数。当然，这不是说我们的宇宙无法用物理定律来研究。 量子物理更多的是改变了人们的世界观和哲学思想。

当然不能了~ 电磁辐射的量子，传递电磁相互作用的规范粒子，记为γ。其静质量为零，不带荷电，其能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积，ε=hv，在真空中以光速c运行，其自旋为1，是玻色子。早在1900年，M.普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设，物质振子与辐射之间的能量交换是不连续的，一份一份的，每一份的能量为hv；1905年A.爱因斯坦进一步提出光波本身就不是连续的而具有粒子性，爱因斯坦称之为光量子；1923年A.H.康普顿成功地用光量子概念解释了X光被物质散射时波长变化的康普顿效应，从而光量子概念被广泛接受和应用，1926年正式命名为光子。量子电动力学确立后，确认光子是传递电磁相互作用的媒介粒子。带电粒子通过发射或吸收光子而相互作用，正反带电粒子对可湮没转化为光子，它们也可以在电磁场中产生。 光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能量的多少与波长相关, 波长越短, 能量越高。当一个光子被分子吸收时,就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的分子就从基态变成了激发态。

　　量子力学是描述物质微观世界结构、运动与变化规律的物理科学。它是20世纪人类文明发展的一个重大飞跃，量子力学的发现引发了一系列划时代的科学发现与技术发明，对人类社会的进步做出重要贡献。　　19世纪末正当人们为经典物理取得重大成就的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个地发现了。德国物理学家维恩通过热辐射能谱的测量发现的热辐射定理。德国物理学家普朗克为了解释热辐射能谱提出了一个大胆的假设：在热辐射的产生与吸收过程中能量是以hf为最小单位，一份一份交换的。这个能量量子化的假设不仅强调了热辐射能量的不连续性，而且跟"辐射能量与频率无关，由振幅确定"的基本概念直接相矛盾，无法纳入任何一个经典范畴。当时只有少数科学家认真研究这个问题。　　爱因斯坦于1905年提出了光量子说。1916年，美国物理学家密立根发表了光电效应实验结果，验证了爱因斯坦的光量子说。　　　1913年丹麦物理学家玻尔为解决卢瑟福原子行星模型的不稳定性（按经典理论，原子中电子绕原子核作圆周运动要辐射能量，导致轨道半径缩小直到跌落进原子核），提出定态假设：原子中的电子并不像行星一样可在任意经典力学的轨道上运转，稳定轨道的作用量fpdq必须为h的整数倍（角动量量子化），即fpdq=nh，n称之为量子数。玻尔又提出原子发光过程不是经典辐射，是电子在不同的稳定轨道态之间的不连续的跃迁过程，光的频率由轨道态之间的能量差　　　　确定，即频率法则。这样，玻尔原子理论以它简单明晰的图像解释了氢原子分立光谱线，并以电子轨道态直观地解释了化学元素周期表，导致了72号元素铪的发现，在随后的短短十多年内引发了一系列的重大科学进展。这在物理学史上是空前的。　　由于量子论的深刻内涵，以玻尔为代表的哥本哈根学派对此进行了深入的研究，他们对对应原理、矩阵力学、不相容原理、测不准关系、互补原理。量子力学的几率解释等都做出了贡献。　　1923年4月美国物理学家康普顿发表了X射线被电子散射所引起的频率变小现象，即康普顿效应。按经典波动理论，静止物体对波的散射不会改变频率。而按爱因斯坦光量子说这是两个“粒子”碰撞的结果。光量子在碰撞时不仅将能量传递而且也将动量传递给了电子，使光量子说得到了实验的证明。　　光不仅仅是电磁波，也是一种具有能量动量的粒子。1924年美籍奥地利物理学家泡利发表了“不相容原理”：原子中不能有两个电子同时处于同一量子态。这一原理解释了原子中电子的壳层结构。这个原理对所有实体物质的基本粒子（通常称之为费米子，如质子、中子、夸克等）都适用，构成了量子统计力学———费米统计的基点。为解释光谱线的精细结构与反常塞曼效应，泡利建议对于原于中的电子轨道态，除了已有的与经典力学量（能量、角动量及其分量）对应的三个量子数之外应引进第四个量子数。这个量子数后来称为“自旋”，是表述基本粒子一种内在性质的物理量。　　1924年，法国物理学家德布罗意提出了表达波粒二象性的爱因斯坦———德布罗意关系：E=hV，p=h/入，将表征粒子性的物理量能量、动量与表征波性的频率、波长通过一个常数h相等。　　1925年，德国物理学家海森伯和玻尔，建立了量子理论第一个数学描述———矩阵力学。1926年，奥地利科学家提出了描述物质波连续时空演化的偏微分方程———薛定谔方程，给出了量子论的另一个数学描述——波动力学。1948年,费曼创立了量子力学的路径积分形式。　　量子力学在高速、微观的现象范围内具有普遍适用的意义。它是现代物理学基础之一，在现代科学技术中的表面物理、半导体物理、凝聚态物理、粒子物理、低温超导物理、量子化学以及分子生物学等学科的发展中，都有重要的理论意义。量子力学的产生和发展标志着人类认识自然实现了从宏观世界向微观世界的重大飞跃。　　与经典物理学的界限　　1923年，尼尔斯·玻尔提出了对应原理，认为量子数（尤其是粒子数）高到一定的极限后的量子系统，可以很精确地被经典理论描述。这个原理的背景是，事实上，许多宏观系统，可以非常精确地被经典理论，如经典力学和电磁学来描写。因此一般认为在非常“大”的系统中，量子力学的特性，会逐渐退化到经典物理的特性，两者并不相抵触。因此，对应原理是建立一个有效的量子力学模型的重要辅助工具。量子力学的数学基础是非常广泛的，它仅要求状态空间是希尔伯特空间，其可观察量是线性的算符。但是，它并没有规定在实际情况下，哪一种希尔伯特空间、哪些算符应该被选择。因此，在实际情况下，必须选择相应的希尔伯特空间和算符来描写一个特定的量子系统。而对应原理则是做出这个选择的一个重要辅助工具。这个原理要求量子力学所做出的预言，在越来越大的系统中，逐渐近似经典理论的预言。这个大系统的极限，被称为“经典极限”或者“对应极限”。因此可以使用启发法的手段，来建立一个量子力学的模型，而这个模型的极限，就是相应的经典物理学的模型。　　与狭义相对论的结合　　量子力学在其发展初期，没有顾及到狭义相对论。比如说，在使用谐振子模型的时候，特别使用了一个非相对论的谐振子。在早期，物理学家试图将量子力学与狭义相对论联系到一起，包括使用相应的克莱因-高登方程，或者狄拉克方程，来取代薛定谔方程。这些方程虽然在描写许多现象时已经很成功，但它们还有缺陷，尤其是它们无法描写相对论状态下，粒子的产生与消灭。通过量子场论的发展，产生了真正的相对论量子理论。量子场论不但将可观察量如能量或者动量量子化了，而且将媒介相互作用的场量子化了。第一个完整的量子场论是量子电动力学，它可以完整地描写电磁相互作用。　　一般在描写电磁系统时，不需要完整的量子场论。一个比较简单的模型，是将带电荷的粒子，当作一个处于经典电磁场中的量子力学物体。这个手段从量子力学的一开始，就已经被使用了。比如说，氢原子的电子状态，可以近似地使用经典的1/r电压场来计算。但是，在电磁场中的量子起伏起一个重要作用的情况下，（比如带电粒子发射一颗光子）这个近似方法就失效了。　　强弱相互作用　　强相互作用的量子场论是量子色动力学，这个理论描述原子核所组成的粒子（夸克和胶子）之间的相互作用。弱相互作用与电磁相互作用结合在电弱相互作用中。　　万有引力　　至今为止，仅仅万有引力无法使用量子力学来描述。因此，在黑洞附近，或者将整个宇宙作为整体来看的话，量子力学可能遇到了其适用边界。使用量子力学，或者使用广义相对论，均无法解释，一个粒子到达黑洞的奇点时的物理状况。广义相对论预言，该粒子会被压缩到密度无限大；而量子力学则预言，由于粒子的位置无法被确定，因此，它无法达到密度无限大，而可以逃离黑洞。因此20世纪最重要的两个新的物理理论，量子力学和广义相对论互相矛盾。寻求解决这个矛盾的答案，是理论物理学的一个重要目标（量子引力）。但是至今为止，找到引力的量子理论的问题，显然非常困难。虽然，一些亚经典的近似理论有所成就，比如对霍金辐射的预言，但是至今为止，无法找到一个整体的量子引力的理论。这个方面的研究包括弦理论等。

量子电动力学量子电动力学（QuantumElectrodynamics，简写为QED），是量子场论中最成熟的一个分支，它研究的对象是电磁相互作用的量子性质（即光子的发射和吸收）、带电粒子的产生和湮没、带电粒子间的散射、带电粒子与光子间的散射等等。它概括了原子物理、分子物理、固体物理、核物理和粒子物理各个领域中的电磁相互作用的基本原理。量子电动力学是从量子力学发展而来。量子力学可以用微扰方法来处理光的吸收和受激发射，但却不能处理光的自发射。电磁场的量子化会遇到所谓的真空涨落问题。在用微扰方法计算高一级近似时，往往会出现发散困难，即计算结果变成无穷大，因而失去了确定意义。后来，人们利用电荷守恒消去了无穷大，并证明光子的静止质量为零。量子电动力学得以确立。量子电动力学克服了无穷大困难，理论结果可以计算到任意精度，并与实验符合得很好，量子电动力学的理论预言也被实验所证实。到20世纪40年代末50年代初，完备的量子电动力学理论被确立，并大获全胜。量子电动力学认为，两个带电粒子（比如两个电子）是通过互相交换光子而相互作用的。这种交换可以有很多种不同的方式。最简单的，是其中一个电子发射出一个光子，另一个电子吸收这个光子。稍微复杂一点，一个电子发射出一个光子后，那光子又可以变成一对电子和正电子，这个正负电子对可以随后一起湮灭为光子，也可以由其中的那个正电子与原先的一个电子一起湮灭，使得结果看起来像是原先的电子运动到了新产生的那个电子的位置。更复杂的，产生出来的正负电子对还可以进一步发射光子，光子可以在变成正负电子对……而所有这些复杂的过程，最终表现为两个电子之间的相互作用。量子电动力学的计算表明，不同复杂程度的交换方式，对最终作用的贡献是不一样的。它们的贡献随着过程中光子的吸收或发射次数呈指数式下降，而这个指数的底，正好就是精细结构常数。或者说，在量子电动力学中，任何电磁现象都可以用精细结构常数的幂级数来表达。这样一来，精细结构常数就具有了全新的含义：它是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的一种度量，或者说，它就是电磁相互作用的强度。1965年诺贝尔物理学奖授予日本东京教育大学的朝永振一郎（Sin-ItiroTomonaga，1906—1979），美国马萨诸塞州坎布里奇哈佛大学的施温格（JulianS.Schwinger，1918—1994）和美国加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的费曼（RichardPhillipsFeynman，1918—1988），以表彰他们在量子电动力学所作的基础工作，这些工作对基本粒子物理学具有深远的影响。费曼、施温格和朝永振一郎的贡献就是用不同方法独立地异途同归地解决了这一困难，从而建立了量子电动力学的新理论体系。他们从不同的渠道运用“重正化”概念把发散量确切地归入电荷与质量的重新定义中，从而使高阶近似的理论结果不再会遇到发散。“重正化”的意思就是用一定的步骤把微扰论积分中出现的发散分离出去，吸收到相互作用耦合常数及粒子的质量中，并通过重新定义相互作用耦合常数和粒子的质量，来获得不发散的矩阵元，使计算结果可与实验对比。有了重正化方法，量子电动力学获得了巨大成功，由此计算出来的电子反常磁矩和兰姆位移与实验结果相符达十几位量级。可见，量子电动力学是何等精确的理论。这一切既要归功于众多对现代物理学作过贡献的物理学家，更要归功于1965年这三位诺贝尔物理学奖获得者。费曼1918年5月11日出生于美国纽约市郊俄国移民犹太族家庭里，1935年进入麻省理工学院（MIT），先学数学，后转物理。1939年本科毕业，毕业论文发表在《物理评论》（Phys.Rev.）上，内有一个后来以他的名字命名的量子力学公式。1939年9月在普林斯顿大学当惠勒（J.Wheeler）的研究生，致力于研究量子力学的疑难问题：发散困难。第二次世界大战中，参加洛斯阿拉莫斯科学实验室研制原子弹。1942年得普林斯顿大学理论物理学博士学位。战争结束后到康奈尔大学任教。自1951年起任加利福尼亚理工学院教授。费曼于40年代发展了用路径积分表达量子振幅的方法，并于1948年提出量子电动力学新的理论形式、计算方法和重正化方法，从而避免了量子电动力学中的发散困难。目前量子场论中的“费曼振幅”、“费曼传播子”、“费曼规则”等均以他的姓氏命名。费曼图是费曼在四十年代末首先提出的，用于表述场与场间的相互作用，可以简明扼要地体现出过程的本质，费曼图早已得到广泛运用，至今还是物理学中对电磁相互作用的基本表述形式。1958年费曼和盖尔曼合作，提出了弱相互作用的矢量-膺矢量型理论（即V-A理论，又称普适费米型弱相互作用理论）。这是经过20余年曲折发展以后所达到的关于弱相互作用的正确的唯象理论。这一理论为以后温伯格、萨拉姆和格拉肖建立电磁相互作用和弱相互作用的统一理论开辟了道路。在50年代前期，费曼还曾经从事发展液氮的微观理论的研究工作。费曼的路径积分方法是他的独创性又一个鲜明的例证。费曼总是以自己独特的方式来研究物理学。他不受已有的薛定谔的波函数和海森堡的矩阵这两种方法的限制，独立地提出用跃迁振幅的空间-时间描述来处理几率问题。他以几率振幅叠加的基本假设为出发点，运用作用量的表达形式，对从一个空间-时间点到另一个空间-时间点的所有可能路径的振幅求和。这一方法简单明了，成了第三种量子力学的表述法。1968年费曼根据电子深度非弹性散射实验和布约肯（J.D.Bjorken）的标度无关性提出高能碰撞中的强子结构模型。这种模型认为强子是由许多点粒子构成，这些点粒子就叫部分子（parton）。部分子模型在解释高能实验现象上比较成功，它能较好地描述有关轻子对核子的深度非弹性散射、电子对湮灭、强子以及高能强子散射等高能过程，并在说明这些过程中逐步丰富了强子结构的物理图像。1986年2月费曼应邀参加总统委员会，调查“挑战者”号失事原因。会议前一天，他先去喷气推进实验室了解情况，作了详细记录。当时众说纷纭，莫衷一是。他敏锐地注意到密封问题。会议令他失望，互相扯皮，推卸责任，没完没了地听取证人的证词。费曼要求再去调查，结果发现美国航天局的报告自相矛盾。他注意到，他们原来是用计算机分析橡胶的弹性，条件不合要求。有一将军问费曼，低温对橡胶有无影响？提醒了他注意到用于密封的O圈在-2℃可能失去弹性。费曼还注意到，在发射前火箭公司有一位工程师坚持不宜发射的意见，但经理在军方压力下同意了。进一步调查还表明，发射台的温度数据欠准。1986年2月，费曼公正地把真相公之于众。1986年2月11日在总统委员会开会论证时，费曼把一块与O圈材料相同的橡胶投入冰水中，证明“挑战者”号失事的原因就在于寒冷的气候。这件事曾经轰动了全世界，但是人们哪里知道，这时费曼正在顽强地与胃癌斗争，不久他就与世长辞了。费曼的重要著作有：《量子电动力学》、《量子力学和路径积分》，与希布斯合著《光子强子相互作用》等。《费曼物理学讲义》（共三卷）是美国六十年代科学教育改革的重要尝试，虽然深度、广度过高，但不失为优秀参考读物。费曼在前言中写道：“我讲授的主要目的，不是帮助你们应付考试，也不是帮你们为工业或国防服务。我最希望做到的是，让你们欣赏这奇妙的世界以及物理学观察它的方法”。1973年诺贝尔物理学奖获得者贾埃沃（I.Giaever）说过：费曼是对他影响最大的物理学家，而《费曼物理学讲义》是对他影响最深的书籍。这套讲义的特色是：引人入胜，丰富生动，论述精辟，富于启发。费曼透彻讲解了物理现象的本质和规律。费曼的自传：《别闹了，费曼先生》是一本备受欢迎的文学著作。如果说费曼是一代奇才，则施温格也不愧为物理学家中的“莫扎特”。施温格1918年2月12日出生于纽约，他自幼聪慧过人，在数学和科学方面显示出非凡的才能。由于多次跳级，14岁即高中毕业，进入纽约市立学院学习。他爱好自学，从图书馆中借阅了各种物理书籍，经常不到课堂听讲。据说，统计力学课他从未出席，却在期末考试中成绩突出，因为他推导的步骤比其他同学按课堂上学到的方法简捷得多。有人夸奖年轻的施温格说：“他对物理学就像莫扎特对音乐那样。”哥伦比亚大学的拉比教授非常欣赏施温格的才华，对人说：施温格已经知晓了物理学的90％，其余的“只要几天就够了”。在拉比的推荐下，施温格转到哥伦比亚大学，并于1936年获学士学位，1939年获博士学位，时年21岁。然后到伯克利加州大学当了奥本海墨的研究助理。1941年到柏图大学任教，后来到芝加哥大学参加原子反应堆设计。为了避免卷入原子弹计划，施温格在1943年离开芝加哥，转到麻省理工学院，从事雷达系统的改进。正是这项工作使他对电磁辐射理论发生了兴趣，把工作重点转到量子电动力学的理论。1945年施温格应聘成为哈佛大学副教授，两年后升教授，成为该校最年轻的教授。就是在这段时期，施温格进行了重正化的研究。他的方法与费曼的不同，如果说费曼用的是“积分”方法，则施温格用的是“微分”方法，但是两种方法得到的结果是一样的。量子电动力学的另一位奠基人朝永振一郎1906年3月31日出生于日本东京，1929年毕业于京都大学理学部物理学科，随后在玉城嘉七郎研究室任临时见习研究生，3年之后，赴东京理化研究所，在仁科芳雄研究室当研究员，1937年留学德国，在海森伯的领导下研究原子核理论和量子理论，1939年底，回国接受东京帝国大学的理学博士学位。1941年，任东京文理科大学物理学教授，提出量子场论的超多时理论，第二次世界大战期间，曾经研究雷达技术中磁控管的理论，发表了《分割阳极磁电管理论》的论文，战后继续研究和发展他的超多时理论和介子耦合理论，同时参与《理论物理进展》的创工作。朝永振一郎以他的超多时理论为基础，找到了一种避开量子电动力学中发散困难的重正化方法，利用这种方法，可以成功地解释兰姆位移和电子反常磁矩的实验。他的工作几乎与施温格和费曼同时。他们独立地完成了类似的研究，达到了同样的目的，真可谓殊途同归。他们的研究使得描写微观世界的量子电动力学理论成为一个精确的理论，并对以后的理论发展产生了深远影响。1949年，朝永振一郎应聘赴美国普林斯顿高级研究院工作，提出了高密度极限的多费密子体系的一维模型理论。回国后创建了东京大学原子核研究所。1956年以后，先后出任东京教育大学校长、日本学术会议会长、东京教育大学光学研究所所长。他还得到日本学士院院士、日本文化勋章以及好几个国家的科学院荣誉院士称号。1957年5月朝永振一郎曾率领日本物理代表团来中国访问并进行学术交流。朝永振一郎于1979年7月8日在东京病逝。

量子场论 开放分类： 物理 量子场论量子场论是量子力学和经典场论相结合的物理理论，已被广泛的应用于粒子物理学和凝聚态物理学中。量子场论为描述多粒子系统，尤其是包含粒子产生和湮灭过程的系统，提供了有效的描述框架。非相对论性的量子场论主要被应用于凝聚态物理学，比如描述超导性的BCS理论。而相对论性的量子场论则是粒子物理学不可或缺的组成部分。自然界目前人类所知的有四种基本相互作用：强作用，电磁相互作用，弱作用，引力。除去引力，另三种相互作用都找到了合适满足特定对称性的量子场论来描述。强作用有量子色动力学（QCD，Quantum Chromodynamics)；电磁相互作用有量子电动力学（QED,Quantum Electrodynamics)，理论框架建立于1920到1950年间，主要的贡献者为保罗·狄拉克，弗拉迪米尔·福克，沃尔夫冈·泡利，朝永振一郎，施温格，理查德·费曼和迪森等；弱作用有费米点作用理论。后来弱作用和电磁相互作用实现了形式上的统一，通过希格斯机制（Higgs Mechanism）产生质量，建立了弱电统一的量子规范理论，即GWS（Glashow, Weinberg, Salam）模型。量子场论成为现代理论物理学的主流方法和工具。 所谓“量子场论”的学科是从狭义相对论和量子力学的观念的结合而产生的。它和标准（亦即非相对论性）的量子力学的差别在于，任何特殊种类的粒子的数目不必是常数。每一种粒子都有其反粒子（有时，诸如光子，反粒子和原先粒子是一样的）。一个有质量的粒子和它的反粒子可以湮灭而形成能量，并且这样的对子可由能量产生出来。的确，甚至粒子数也不必是确定的；因为不同粒子数的态的线性叠加是允许的。最高级的量子场论是“量子电动力学”--基本上是电子和光子的理论。该理论的预言具有令人印象深刻的精确性（例如，上一章已提到的电子的磁矩的精确值，参阅177页）。然而，它是一个没有整理好的理论--不是一个完全协调的理论--因为它一开始给出了没有意义的“无限的”答案，必须用称为“重正化”的步骤才能把这些无限消除。并不是所有量子场论都可以用重正化来补救的。即使是可行的话，其计算也是非常困难的。使用“路径积分”是量子场论的一个受欢迎的方法。它是不仅把不同粒子态（通常的波函数）而且把物理行为的整个空间--时间历史的量子线性叠加而形成的（参阅费因曼1985年的通俗介绍）。但是，这个方法自身也有附加的无穷大，人们只有引进不同的“数学技巧”才能赋予意义。尽管量子场论勿庸置疑的威力和印象深刻的精确度（在那些理论能完全实现的很少情况），人们仍然觉得，必须有深刻的理解，才能相信它似乎是导向“任何物理实在的图像”。