量子和粒子物理學何以解釋一切

第12章 直線和波浪線

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主宰一切的理論

保羅·狄拉克希望量子場論有一天能夠解釋所有可能的物理現象。所有粒子都被看成場中的量子,場之間的相互作用可以解釋粒子之間的相互作用。這個想法可能會改變物理學的遊戲規則。但遺憾的是,它太複雜了,隻變成了少數人的遊戲。

量子場論的數學基礎非常複雜,近乎瘋狂。克雷數學研究所甚至提供100萬美元的獎金,征求量子場論中一個難題的解決方案(即“楊-米爾斯存在性與質量間隙”,如果你想在本周末嚐試的話)。

為了在如此棘手的問題上取得進展,狄拉克建議我們先從小處著手,隻考慮兩個最簡單的粒子/場:電子和光子。他把電子和光子之間的相互作用稱為“量子電動力學”,簡稱QED。他希望在得到完整的QED理論之後,再以此為起點加入其他粒子。

在1930年出版的《量子力學原理》(The Principles of Quantum Mechanics)一書的末尾,狄拉克總結道:“似乎我們需要一些新奇的物理概念。”這個表述非常輕描淡寫,但考慮到狄拉克本人沉默寡言的性格,也就不足為奇了。

狄拉克的話像是微風中的挑戰,溫和地飄進了物理界,最終在一個與他完全相反的人的腦海中留下了烙印。這個人就是科學中最富魅力、最濃墨重彩的老頑童:理查德·菲利普斯·費曼。

小鼓手

費曼出生在紐約,父親是製服推銷員。在第一次接觸物理時,費曼就展露出了極高的天賦。官方公布他的智商是123(合理,但不驚人),當他成年時,費曼被認為是地球上最有天賦的科學家,甚至可以與愛因斯坦相提並論。

下麵這個故事可以讓你知道費曼有多聰明。1958年NASA發射探索者2號衛星時,衛星在升空過程中出了故障,沒有進入軌道。費曼與NASA的工程師打賭,說自己可以比電腦更快計算出衛星著陸的位置。他不僅贏了,還給出了更精確的答案。精確程度是電腦的兩倍。[1]