Kas ir kvantu elektrodinamika (QED)?

QED teorija ir viena no visvairāk pārbaudītajām teorijām uz Zemes, dažkārt sniedzot precīzus rezultātus līdz desmit zīmēm aiz komata, un tā bija pirmā kvantu lauka teorija, ko sauca par konsekventu un pilnīgu. Tika konstatēts, ka viena QED prognoze ir precīza līdz 0038 daļām uz miljonu, kas, iespējams, ir visprecīzākā un precīzākā jebkad veiktā fiziskā prognoze. Pareizu risinājumu aprēķināšana sistēmu uzvedībai ar mijiedarbīgām daļām vai lielākām elektronu orbitālēm kļūst eksponenciāli grūtāk, palielinoties komponentu skaitam, un dažiem aprēķiniem ir vajadzīgs burtiski gadu desmitiem ilgs darbs, lai aprēķinātu un pārbaudītu.

No četriem dabas spēkiem — elektromagnētisms, vājš kodolspēks, spēcīgs kodolspēks un gravitācija — elektromagnētismu, iespējams, ir visvieglāk precīzi izskaidrot, lai gan tā pilnīga izskaidrošana prasīja daudziem simtiem zinātnieku gadu desmitiem ilgu darbu. Teorija tika izstrādāta ar gandarījumu četrdesmito gadu beigās, pateicoties Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger un Richard Feynman neatkarīgajam darbam. Par pūlēm viņi saņēma Nobela prēmiju fizikā 1965. gadā.

Ja elektromagnētisms būtu vienīgais dabas spēks, kas darbotos Visumā, QED sniegtu pilnīgu pārskatu par tā precīzo būtību. Tomēr tā nav, un turpinās meklējumi pēc kvantu lauka teorijas, kas apvieno visus četrus spēkus. Turklāt vienādojumu risināšana QED ir ļoti sarežģīta, grūtāka nekā parastās kvantu mehānikas problēmas, jo QED ir kvantu mehānikas vispārinājums uz īpašo relativitāti. Attēli, kas visslavenāk saistīti ar QED, ir Ričarda Feinmena Feinmena diagrammas, kurās tiek izmantotas taisnas un līkumainas līnijas, lai analizētu dažādus veidus, kā daļiņas apmainās ar fotoniem, lai fiziski mijiedarbotos.

QED teorija joprojām rada matemātiskas bezgalības noteiktos kontekstos, un, lai gan daudzas no šīm problēmām ir atrisinātas, tās joprojām pastāv noteiktā līmenī. Lai izlīdzinātu šīs teorētiskās nepilnības, ir izstrādāti ad hoc renormalizācijas algoritmi. Šīs bezgalības liek domāt, ka QED nekādā ziņā nav galīga teorija, atstājot nākotni atvērtu precīzākas teorijas atklāšanai, kas aplūko elektromagnētismu pārējo trīs dabas spēku kontekstā.