Квантовая теория поля: различия между версиями

 

В своей основополагающей статье 1927 года ''«Квантовая теория испускания и поглощения излучения»'' ({{Lang-en|The quantum theory of the emission and absorption of radiation}}) Дирак ввёл термин [[квантовая электродинамика]] (КЭД), теория, которая добавляет к условиям, описывающим свободное электромагнитное поле, дополнительный член взаимодействия между [[Плотность тока|плотностью]] электрического тока и [[Электромагнитный потенциал|электромагнитным векторным потенциалом]]{{sfn|Weisskopf|1981|p=71}}. [[Стационарная теория возмущений в квантовой механике|Используя теорию возмущений]] первого порядка, он успешно объяснил явление [[Спонтанное излучение|спонтанного излучения]]. Согласно [[Принцип неопределённости|принципу неопределенности]], квантовые гармонические осцилляторы не могут оставаться неподвижными, но они обладают ненулевым минимумом энергии и всегда должны колебаться, даже в состоянии с самой низкой энергией (в [[Основное состояние|основном состоянии]]). Следовательно, даже в идеальном [[вакуум]]е остаётся колеблющееся электромагнитное поле с [[Нулевая энергия|нулевой энергией]]. Именно такие [[Квантовая флуктуация|квантовые флуктуации]] электромагнитных полей в вакууме «стимулируют» спонтанное излучение электронов в атомах. Теория Дирака{{sfn|Вайнберг, т. 1|2015|с=34}} оказалась чрезвычайно успешной в объяснении как испускания, так и поглощения излучения атомами. Применяя теорию возмущений второго порядка, он смог учесть [[Рассеяние частиц|рассеяние]] фотонов и объяснил другие квантовые эффекты, такие как {{iw|резонансная флуоресценция||en|Resonance fluorescence}}, нерелятивистское [[Эффект Комптона|комптоновское рассеяние]]. Тем не менее, применение теории возмущений более высокого порядка столкнулось с бесконечностями в вычислениях{{sfn|Weisskopf|1981|p=71}}.

 

В 1928 году Дирак записал [[волновое уравнение]], описывающее релятивистские электроны — [[уравнение Дирака]]. Оно имело важные следствия: [[спин]] электрона равен 1/2; [[G-Фактор|''g-''фактор]] электрона равен 2. Это привело к правильной формуле Зоммерфельда для [[Тонкая структура|тонкой структуры]] [[Атом водорода|атома водорода]]; и уравнение Дирака можно использовать для вывода [[Формула Клейна — Нисины|формулы Клейна — Нисины]], описывающей релятивистское комптоновское рассеяние. Хотя результаты согласовались с теорией, но также в теории предполагалось существование состояний с отрицательной энергией, которые могли бы сделать атомы нестабильными, поскольку они, в этом случае, всегда могли распадаться на состояния с более низкой энергией с излучением{{sfn|Weisskopf|1981|p=71–72}}.