理查德·费曼在物理学上的四大成就

理查德·费曼在物理学上的四大成就
2019年11月08日 12:21 新浪网 作者 士值品牌馆丨育儿

提问

:理查德·费曼的研究有多重要?

回答

:在现在日常教学中,理查德·费曼在今天有四项显著的成就。第一项是费曼路径积分。

费曼路径积分表明量子力学是基于传统的拉格朗日法却能用点和线来衡量不同的路径。经典力学中的最短路径原理来源于数学近似也就是人们所知道的稳定相近似法。费曼路径积分有很多的含义,其中最大的意义是你可以用洛伦兹不变式的其中一种来构想量子力学理论而不是用洛伦兹不变性几乎不出现的正则交换方法。费曼的第二项成就为费曼图。

在费曼之前,因为技术上太过困难,几乎没有人能够做出相对论量子力学计算。费曼给出了一个近似计算方法让普通的物理学者(读者:一位不叫朱利安·施温格的人)能够做计算。尽管这个方法整体上有缺陷即这个构想在接下来的量子物理学理论方面可能有些过于复杂但我们现在仍在用它来做此类计算。

第三项成就获得了诺贝尔奖,它表明了量子动力学与电磁相互作用的相对论理论是相同的,而且在它的预想与实验观测相符。它的首要挑战是在量子计算中出现的分歧。整个重正化过程是一个伟大的成绩,即使要花去另外一个30年去正确理解它,因为在过渡期这些理论可能会被抛弃,很可能会将物理学的进程延缓30到50年。费曼与几乎同一时期做出了同一成就的朱利安·施温格和朝永振一郎分享了诺贝尔奖,以及弗里曼·戴森也为这项成果做出了很大贡献。

最后一项成就是如今广泛应用于强子的费曼部分子模型。质子是一种复杂的实体物质,大部分人都知道它有三种夸克组成。

然而,过分的简化会戏剧性的出现质量错误。费曼创造了一种可以让我们预测质子亚核相互作用的质子模型,亚核是质子中一大部分近独立粒子的集合。实际上质子组成的分布远比三个夸克这种模型更加复杂。这种思考质子的方法可以帮助我们理解强相互作用里的盖尔曼矩阵和量子色动力学图。虽然这种模型只有在高级研究生的量子场理论课程中才会讲授,但它对我们理解大自然非常重要。理查德·费曼的研究有多重要?

费曼量子场理论研究虽然很重要但也有不足。就如费曼所承认的,它基于没有意义的粒子模型而且会引导人们忽视朱利安·施温格猜想中场中更多的组成。下面是我在书中对它的描述。

“场vs粒子(回合3)”在物理学历史上的第三次转折中,在粒子和场之间曾经有一个重大的争论,然后在这次里以粒子获胜场失败告终。1905年,爱因斯坦的光的粒子性(之后放弃)取代了普朗克的场量子图(第3章)。1933年,在薛定谔的场图基础上,狄拉克粒子理论成功了。然后在1948年,在薛定谔场的基础上,费曼基于粒子关于重正化的研究成功了,很大一部分是因为证明了它的图表用起来比薛定谔方程更容易。尽管费曼最终改变了他的想法(见于下面的“费曼转换”),后两代物理学家仍使用费曼图表并且相信大自然由粒子组成。

“没有人可以在费曼理论中挑错然后找出一种容易使用的方法,没有人可以在粒子方面挑剔他的理论,比如狄拉克,或者曾经的爱因斯坦。然而,就像蛋壳游戏,一个优秀的不矛盾的理论可以解释如此多的事情,我是不会挑剔他在量子场论中的缺失。在美国物理协会之前我甚至听到他在一场讲座里嘲笑施温格的数学方法的参考书。比如进行质量运算,就如施温格说在他为费曼写的颂词里,费曼创造了一种没有任何理论基础并忽视了已有充分依据的理论公认荒谬的理论,他创造了一种与自然并不矛盾的画面。

“费曼转换!”根据弗兰克·威尔切克的看法,费曼最终失去了在唯粒子观点中的信心:“费曼告诉我他意识到自己关于光子和电子的理论在数学上与平时的理论是相同的,这打碎了他最深的希望。在他算出量子电动力学的数学版本的同时他便放弃了,之后出于方便他用余生独自提出了场理论。他告诉我他在真空项目上失去了信心。”

“很不幸,费曼转换并不广为人知。今天的大部分物理学者日常仍使用传播存在困惑和矛盾费曼图表并使它得以保存下来。”参考资料1.WJ百科全书2.天文学名词3. quora- forbes-苏叶如有相关内容侵权,请于三十日以内联系作者删除转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处

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