String Theory and Quantum Electrody

String Theory and Quantum Electrodynamics
By Andrew Zimmerman Jones and Daniel Robbins from String Theory For Dummies
Though the principles of quantum electrodynamics were worked out by three individuals, the most famous founder of QED was undeniably Richard P. Feynman. Feynman was equally good at the mathematics and explanation of a theory, which resulted in his creation of Feynman diagrams — a visual representation of the mathematics that went on in QED.

Richard Phillips Feynman is one of the most interesting characters in 20th century physics, easily ranking with Einstein in personality, if not in pure fame. Early on in his career, Feynman made the conscious decision to only work on problems that he found interesting, something that certainly served him well. Fortunately for the world of physics, one of these problems was quantum electrodynamics.

Because electromagnetism is a field theory, the result of QED was a quantum field theory — a quantum theory that contains a value at every point in space. You can imagine that the mathematics of such a theory was intimidating, to say the least, even to those trained in physics and mathematics.

Feynman was brilliant not only with physical theory and mathematics, but also with explanation. One way he simplified things was through the application of his Feynman diagrams. Though the math was still complex, the diagrams meant you could begin talking about the physics without needing all the complexity of the equations. And when you did need the actual numbers, the diagrams helped organize your computations.

In this figure, you can see a Feynman diagram of two electrons approaching each other. The Feynman diagram is set on a Minkowski space, which depicts events in space-time. The electrons are the solid lines (called propagators), and as they get near to each other, a photon (the squiggly propagator) is exchanged between the two electrons.

image0.jpg
In other words, in QED two particles communicate their electromagnetic information by emitting and absorbing a photon. A photon that acts in this manner is called a virtual photon or a messenger photon, because it’s created solely for the purpose of exchanging this information.

This was the key insight of QED, because without this exchange of a photon, there was no way to explain how the information was communicated between the two electrons.

Also (and perhaps more important from a physics standpoint), a quantum field theory (at least those that seem to match our real world) quickly reaches infinity if distances become too small. To see how these infinities can arise, consider both the fact that electromagnetic forces get larger at small distances (infinitely larger at infinitely small distances) and also the distance and momentum relationship from the uncertainty principle of quantum mechanics.

Even talking about the instances where two electrons are incredibly close to each other (such as within a Planck length) becomes effectively impossible in a world governed by quantum physics.

By quantizing electromagnetics, as QED does, Feynman, Schwinger, and Tomonaga were able to use the theory despite these infinities. The infinities were still present, but because the virtual photon meant that the electrons didn’t need to get so close to each other, there weren’t as many infinities, and the ones that were left didn’t enter physical predictions.

Feynman, Schwinger, and Tomonaga took an infinite theory and extracted finite predictions. One of the major motivations for the drive to develop a successful string theory is to go even further and get an actually finite theory.

The mathematical process of removing infinities is called renormalization. This is a set of mathematical techniques that can be applied to provide a very carefully defined limit for the continuum of values contained in the field.

Instead of adding up all the infinite terms in the calculation and getting an infinite result, physicists have found that applying renormalization allows them to redefine parameters within the summation so it adds up to a finite amount!

Without introducing renormalization, the values become infinite, and we certainly don’t observe these infinities in nature. With renormalization, however, physicists get unambiguous predictions that are among the most precise and best-tested results in all of science.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ทฤษฎีสตริงและ Quantum Electrodynamicsโดยแอนดรู Zimmerman โจนส์และร็อบบินส์ Daniel จากทฤษฎีสตริงสำหรับ Dummiesแม้ว่าหลักการของ quantum electrodynamics ได้ทำงาน โดยบุคคลที่สาม ผู้ก่อตั้งมีชื่อเสียงของ QED ถูกปฏิเสธ P. ริชาร์ดไฟน์แมน Feynman ได้เท่าเทียมกันดีคณิตศาสตร์และคำอธิบายของทฤษฎี ซึ่งเขาสร้างไดอะแกรม Feynman ซึ่งแสดงภาพของคณิตศาสตร์ที่ไปใน QEDริชาร์ดฟิลลิปส์ไฟน์แมนเป็นหนึ่งในตัวละครที่น่าสนใจที่สุดในศตวรรษที่ 20 ได้อันดับกับไอน์สไตน์ ในบุคลิกภาพ ถ้า ไม่มีชื่อเสียงที่บริสุทธิ์ ในช่วงต้นในอาชีพของเขา Feynman ทำการตัดสินใจสติทำงานเฉพาะ กับปัญหาที่เขาพบสิ่งที่น่าสนใจ สิ่งที่แน่นอนให้บริการเขาดี โชคดีสำหรับโลกของฟิสิกส์ ปัญหาเหล่านี้อย่างใดอย่างหนึ่งคือ quantum electrodynamicsเพราะดอลลี่คือ ทฤษฎีการ ผลลัพธ์ของ QED เป็นเป็นทฤษฎีควอนตัมซึ่งทฤษฎีควอนตัมที่ประกอบด้วยค่าที่ทุกจุดในพื้นที่ คุณสามารถจินตนาการว่า คณิตศาสตร์ของทฤษฎีดังกล่าวถูกข่มขู่ จะ แม้แต่กับผู้ฝึกในสาขาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์Feynman ได้ยอดเยี่ยมไม่เพียงกับทฤษฎีทางกายภาพและคณิตศาสตร์ แต่ยัง มีคำอธิบาย วิธีหนึ่งที่เขาประยุกต์สิ่งที่ได้ผ่านโปรแกรมไดอะแกรมของ Feynman ว่าคณิตศาสตร์ยังซับซ้อน แผนผังหมายถึง คุณอาจเริ่มพูดคุยเกี่ยวกับฟิสิกส์โดยไม่ต้องซับซ้อนทั้งหมดของสมการ และเมื่อคุณไม่ต้องการตัวเลขแท้จริง แผนผังช่วยจัดการประมวลผลของคุณในรูปนี้ คุณสามารถดูไดอะแกรม Feynman สองอิเล็กตรอนเข้าใกล้กัน ไดอะแกรมของ Feynman ตั้งอยู่บนพื้นที่มินคอฟสกี ซึ่งแสดงให้เห็นเหตุการณ์ในลานกว้าง อิเล็กตรอนเป็นเส้นทึบ (เรียกว่า propagators), และพวกเขาได้รับที่อยู่ใกล้กัน มีการแลกเปลี่ยนโฟตอน (หรือ propagator) ระหว่างอิเล็กตรอนสองimage0.jpgในคำอื่น ๆ สองใน QED สื่อข้อมูลแม่เหล็กไฟฟ้า โดยการปล่อย และดูดซับโฟตอน โฟตอนที่ทำหน้าที่ในลักษณะนี้เรียกว่าโฟตอนเสมือนหรือโฟตอน messenger เนื่องจากมันถูกสร้างขึ้นจุดประสงค์เพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลนี้นี้เป็นข้อมูลเชิงลึกสำคัญของ QED เนื่องจากไม่เป็นโฟตอนแลกนี้ มีวิธีอธิบายอย่างไรก็การสื่อสารข้อมูลระหว่างอิเล็กตรอนสองยัง (และอาจจะสำคัญจากมุมมองทางฟิสิกส์), เป็นทฤษฎีสนามควอนตัม (น้อยเหล่านั้นซึ่งดูเหมือนกับโลกเราจริง) อย่างรวดเร็วถึงอินฟินิตี้ถ้าระยะทางเป็นขนาดเล็กเกินไป ดูวิธีสระเหล่านี้สามารถเกิดขึ้น พิจารณาทั้งความจริงที่ว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับขนาดใหญ่ระยะทางขนาดเล็ก (ใหญ่กว่าที่ระยะอนันต์เล็กเพียบ) และความสัมพันธ์ระยะทางและโมเมนตัมจากหลักความไม่แน่นอนของควอนตัมได้พูดคุยเกี่ยวกับอินสแตนซ์ที่สองอิเล็กตรอนที่เหลือเชื่ออยู่ใกล้กัน (เช่นภายในความยาวของพลังค์) จะไม่สามารถมีประสิทธิภาพในโลกโดยควอนตัมฟิสิกส์By quantizing electromagnetics, as QED does, Feynman, Schwinger, and Tomonaga were able to use the theory despite these infinities. The infinities were still present, but because the virtual photon meant that the electrons didn’t need to get so close to each other, there weren’t as many infinities, and the ones that were left didn’t enter physical predictions.Feynman, Schwinger, and Tomonaga took an infinite theory and extracted finite predictions. One of the major motivations for the drive to develop a successful string theory is to go even further and get an actually finite theory.The mathematical process of removing infinities is called renormalization. This is a set of mathematical techniques that can be applied to provide a very carefully defined limit for the continuum of values contained in the field.Instead of adding up all the infinite terms in the calculation and getting an infinite result, physicists have found that applying renormalization allows them to redefine parameters within the summation so it adds up to a finite amount!Without introducing renormalization, the values become infinite, and we certainly don’t observe these infinities in nature. With renormalization, however, physicists get unambiguous predictions that are among the most precise and best-tested results in all of science.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ทฤษฎีสตริงและควอนตัมไฟฟ้ากระแสโดยแอนดรู Zimmerman โจนส์และร็อบบินส์แดเนียลจากทฤษฎีสตริงสำหรับ Dummies แม้ว่าหลักการของไฟฟ้ากระแสควอนตัมได้รับการทำงานออกโดยบุคคลที่สามผู้ก่อตั้งที่มีชื่อเสียงที่สุดของ QED เป็นอย่างปฏิเสธไม่ได้ริชาร์ดไฟน์แมนพี หลักการเป็นอย่างเท่าเทียมกันดีในวิชาคณิตศาสตร์และคำอธิบายถึงทฤษฎีซึ่งมีผลในการสร้างของเขาแผนภาพ Feynman -. การแสดงออกของคณิตศาสตร์ที่ไปใน QED ริชาร์ดฟิลลิปไฟน์แมนเป็นหนึ่งในตัวละครที่น่าสนใจที่สุดในฟิสิกส์ศตวรรษที่ 20 ได้อย่างง่ายดาย การจัดอันดับกับ Einstein ในบุคลิกภาพถ้าไม่ได้อยู่ในชื่อเสียงที่บริสุทธิ์ ในช่วงต้นของอาชีพของเขา Feynman ได้ตัดสินใจที่ใส่ใจในการทำงานเฉพาะในปัญหาที่เขาพบที่น่าสนใจบางอย่างที่ทำหน้าที่อย่างแน่นอนเขาเป็นอย่างดี . โชคดีสำหรับโลกของฟิสิกส์ซึ่งเป็นหนึ่งในปัญหาเหล่านี้เป็นควอนตัมไฟฟ้ากระแสเพราะแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นทฤษฎีสนามเป็นผลมาจากQED เป็นทฤษฎีสนามควอนตั - ทฤษฎีควอนตัมที่มีค่าที่จุดในทุกพื้นที่ คุณสามารถจินตนาการว่าคณิตศาสตร์ของทฤษฎีดังกล่าวเป็นข่มขู่ที่จะพูดน้อยแม้กับผู้ที่ผ่านการฝึกอบรมในสาขาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์. ไฟน์แมนเป็นสุกใสไม่เพียง แต่มีทฤษฎีทางกายภาพและคณิตศาสตร์ แต่ยังมีคำอธิบาย วิธีการหนึ่งที่เขาเป็นสิ่งที่ง่ายผ่านการประยุกต์ใช้แผนภาพ Feynman ของเขา แม้ว่าคณิตศาสตร์ก็ยังคงมีความซับซ้อนไดอะแกรมหมายความว่าคุณสามารถเริ่มต้นการพูดคุยเกี่ยวกับฟิสิกส์โดยไม่จำเป็นต้องทุกความซับซ้อนของสมการที่ และเมื่อคุณไม่จำเป็นต้องมีตัวเลขที่เกิดขึ้นจริงแผนภาพช่วยจัดระเบียบการคำนวณของคุณ. ในภาพนี้คุณสามารถดูแผนภาพ Feynman สองอิเล็กตรอนใกล้กันและกัน แผนภาพ Feynman นี้ตั้งอยู่บนพื้นที่คอฟสกีซึ่งแสดงให้เห็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในพื้นที่เวลา อิเล็กตรอนเป็นเส้นทึบ (เรียกว่าอกุศล) และในขณะที่พวกเขาได้รับที่อยู่ใกล้กันโฟตอน (คนแผ่กระจายไก่เขี่ย) มีการแลกเปลี่ยนระหว่างสองอิเล็กตรอน. image0.jpg ในคำอื่น ๆ ใน QED สองอนุภาคแม่เหล็กไฟฟ้าสื่อสารข้อมูลของพวกเขาโดย เปล่งแสงและดูดซับโฟตอน โฟตอนที่ทำหน้าที่ในลักษณะนี้เรียกว่าโฟตอนเสมือนหรือโฟตอนส่งสารเพราะมันถูกสร้างขึ้นเพียงเพื่อวัตถุประสงค์ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลนี้. นี้เป็นความเข้าใจที่สำคัญของอีดีเพราะไม่มีการแลกเปลี่ยนโฟตอนนี้ไม่มีทางที่จะไม่มี อธิบายวิธีการข้อมูลที่ได้มีการสื่อสารระหว่างสองอิเล็กตรอน. นอกจากนี้ (และอาจจะสำคัญมากขึ้นจากมุมมองฟิสิกส์) ซึ่งเป็นทฤษฎีสนามควอนตั (อย่างน้อยผู้ที่ดูเหมือนจะตรงกับโลกแห่งความจริงของเรา) ได้อย่างรวดเร็วถึงอินฟินิตี้ถ้าเป็นระยะทางที่มีขนาดเล็กเกินไป เพื่อดูว่าอนันต์เหล่านี้สามารถเกิดขึ้นพิจารณาทั้งความจริงที่ว่ากองกำลังไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้รับที่ระยะทางขนาดเล็ก (ไม่ จำกัด ขนาดใหญ่ที่ระยะทางขนาดเล็กอนันต์) และระยะทางและความสัมพันธ์ของแรงผลักดันจากหลักความไม่แน่นอนของกลศาสตร์ควอนตัม. ถึงแม้จะพูดคุยเกี่ยวกับกรณีที่สอง อิเล็กตรอนเป็นอย่างเหลือเชื่อใกล้กัน (เช่นภายในความยาวพลังค์) เป็นไปไม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพในโลกที่ปกครองโดยควอนตัมฟิสิกส์. โดย quantizing electromagnetics เป็น QED ไม่ไฟน์แมน Schwinger และ Tomonaga ก็สามารถที่จะใช้ทฤษฎีเหล่านี้แม้จะมีอนันต์ อนันต์ยังคงอยู่ในปัจจุบัน แต่เป็นเพราะโฟตอนเสมือนหมายความว่าอิเล็กตรอนไม่จำเป็นต้องได้รับเพื่อให้ใกล้เคียงกับแต่ละอื่น ๆ มีไม่อนันต์เป็นจำนวนมากและคนที่ถูกทิ้งไว้ไม่ได้เข้าการคาดการณ์ทางกายภาพ. ไฟน์แมน Schwinger และ Tomonaga เอาทฤษฎีที่ไม่มีที่สิ้นสุดและสกัดการคาดการณ์แน่นอน หนึ่งในแรงจูงใจที่สำคัญสำหรับไดรฟ์ที่จะพัฒนาทฤษฎีสตริงที่ประสบความสำเร็จคือการไปให้ดียิ่งขึ้นและได้รับการทฤษฎี จำกัด จริง. กระบวนการทางคณิตศาสตร์ของการลบอนันต์เรียกว่า renormalization นี้เป็นชุดของเทคนิคทางคณิตศาสตร์ที่สามารถนำมาใช้เพื่อให้มีการกำหนดไว้อย่างระมัดระวังขีด จำกัด สำหรับความต่อเนื่องของค่าที่มีอยู่ในสนาม. แทนการเพิ่มขึ้นทุกแง่ที่ไม่มีที่สิ้นสุดในการคำนวณและได้รับผลอนันต์นักฟิสิกส์ได้พบว่าการใช้ renormalization ช่วยให้พวกเขาที่จะกำหนดค่าพารามิเตอร์ภายในบวกจึงเพิ่มขึ้นจำนวน จำกัด ! โดยไม่ต้องแนะนำ renormalization ค่าเป็นอนันต์และแน่นอนเราไม่ได้สังเกตอนันต์เหล่านี้ในธรรมชาติ ด้วย renormalization แต่นักฟิสิกส์รับการคาดการณ์ที่ชัดเจนว่าอยู่ในหมู่ที่แม่นยำที่สุดและได้ผลดีที่สุดที่ผ่านการทดสอบในทุกด้านวิทยาศาสตร์