首页 量子和粒子物理学何以解释一切

第12章 直线和波浪线

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主宰一切的理论

保罗·狄拉克希望量子场论有一天能够解释所有可能的物理现象。所有粒子都被看成场中的量子,场之间的相互作用可以解释粒子之间的相互作用。这个想法可能会改变物理学的游戏规则。但遗憾的是,它太复杂了,只变成了少数人的游戏。

量子场论的数学基础非常复杂,近乎疯狂。克雷数学研究所甚至提供100万美元的奖金,征求量子场论中一个难题的解决方案(即“杨-米尔斯存在性与质量间隙”,如果你想在本周末尝试的话)。

为了在如此棘手的问题上取得进展,狄拉克建议我们先从小处着手,只考虑两个最简单的粒子/场:电子和光子。他把电子和光子之间的相互作用称为“量子电动力学”,简称QED。他希望在得到完整的QED理论之后,再以此为起点加入其他粒子。

在1930年出版的《量子力学原理》(The Principles of Quantum Mechanics)一书的末尾,狄拉克总结道:“似乎我们需要一些新奇的物理概念。”这个表述非常轻描淡写,但考虑到狄拉克本人沉默寡言的性格,也就不足为奇了。

狄拉克的话像是微风中的挑战,温和地飘进了物理界,最终在一个与他完全相反的人的脑海中留下了烙印。这个人就是科学中最富魅力、最浓墨重彩的老顽童:理查德·菲利普斯·费曼。

小鼓手

费曼出生在纽约,父亲是制服推销员。在第一次接触物理时,费曼就展露出了极高的天赋。官方公布他的智商是123(合理,但不惊人),当他成年时,费曼被认为是地球上最有天赋的科学家,甚至可以与爱因斯坦相提并论。

下面这个故事可以让你知道费曼有多聪明。1958年NASA发射探索者2号卫星时,卫星在升空过程中出了故障,没有进入轨道。费曼与NASA的工程师打赌,说自己可以比电脑更快计算出卫星着陆的位置。他不仅赢了,还给出了更精确的答案。精确程度是电脑的两倍。[1]