费曼传播子基本构成

费曼传播子基本构成假设开始时在某时间和空间处(这时间和空间的标记为A)有一电子,在另一时间和空间处(标记为B)有一光子

从物理学的观点,一条典型的问题会问“在C(另一时间和空间)处出现电子,而在D(又另一时间和空间)处出现光子的概率是多少?”要做到这一点,最简单的过程就是让电子从A移动到C(一种基本作用),让光子从B移动到D(另一种基本作用)

已知两个子过程的概率幅—— 与 ——从上述规则二可知,要得两者同时发生的概率,需将它们相乘

这样做能得到一个对整个过程概率幅的简单估计,将它平方后可得发生的概率

但是还有其他可以得出相同终点的其他过程

电子可以在时间和空间E处把光子吸收掉,然后移动至F处时发射出另一光子,最终电子移动到C处时被探测到,而新的光子则移动到D处

这个复杂过程的概率幅还是可以经由各分作用的概率幅得知:当中共有三个电子作用、两个光子作用及两个顶点——其中一个发射,一个吸收

将各个概率幅相乘,可得任何已定的E及F处的总概率幅

然后按规则一,将所有不同E及F处的总概率幅相加起来(实际上这加法并不基本,需要使用积分法)

但是还有另一种可能性,就是电子首先移动到G处,发射出前往D处的光子,而电子则继续移动到H处,并在该处吸收掉开始时的光子,最终移动到C处

同样地,可以计算出这些可能性(全部的G及H)的概率幅

然后,把这两种可能的概率幅,与开始时作的简单估计相加,就可能得出一个更好的概率幅估计值

顺便提一下,这种电子和光子的相互作用有一个名字,叫康普顿散射

中间过程的数量为无限,因为过程中能吸收及/或发射更多更多的光子

每一个可能性就有一张费曼图

这意味着要计算出最终的概率幅,会是一项相当复杂的计算

然而,在量子电动力学中,愈复杂的费曼图,对最终结果的贡献也就愈小,因此要为原问题的答案计算出所需的准确度,只是时间与精力的问题

这就是解决量子电动力学的基本手法

要计算出任何光子与电子间的相互作用过程,首先用费曼图列出所有可能的作用方式,而这些方式都是用那三种基本元素所组合而成的

在计算每一个图的概率幅时,都要用到一些固定的规则

当转换成量子描述的时候,物理的基本框架依然不变,但是有些概念需要改变

其中一种就是,认为粒子的移动点是会受到一些限制的,就像日常生活一样,但是在完整的量子电动力学下,情况并不是这样的

在A处的电子或在B处的光子,在以基本作用移动时,是有可能到达宇宙任何时间点或空间点的

这包括需要超越光速才能到达的地方,及之前的时间点

(逆时间移动的电子可被视为顺时间移动正电子

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