基本信息

书名：QED:光和物质的奇妙理论

定价：25.00元

作者： R·P·费曼,张钟静

出版社：湖南科学技术出版社

出版日期：2012-12-01

ISBN：9787535772442

字数：

页码：129

版次：1

装帧：平装

开本：32开

商品重量：0.272kg

编辑推荐

费曼的原创精神简直是不可遏制的。在《QED：光和物质的奇妙理论》这本离奇、绝妙的书中，他向外行读者介绍了光的量子理论。
通过这谈兴浓郁、轻松有趣的四个章节，费曼没用一个公式就向广大读者讲解了QED，而他本人则为这个理论提出了一个很有用的、作用强大的形式。

内容提要

由于对物理世界只眼的洞察力而声名卓著的诺贝尔奖获得者费曼，同时还具有向普通大众讲解难懂概念的超凡天赋。在《走近费曼丛书·QED：光和物质的奇妙理论》中，费曼对QED（即量子电动力学——量子场论中描述光与带电粒子相互作用的部分）做出了经典的颇具的讲解。他运用日常的语言、空间的意念、具形的想象和他的的费曼图，而不是高深的数学，就QED的实际内容及其精神向外行读者进行了清楚明白而富于幽默的传授。徐一鸿的新序言将《走近费曼丛书·QED：光和物质的奇妙理论》和他对QED所做的创造性贡献放在历史发展的境遇加以考量，并进一步突出了费曼独特的富于感染力和启发性的风格。

目录

2006年版引言
讲座前言
编录者序
致谢
1.绪论
2.光子：光的粒子
3.电子和它们的相互作用
4.松散的结尾

作者介绍

理查德·菲利普斯·费曼（英文：Richard Phillips Feynman，1918年5月11日—1988年2月15日），美籍犹太裔物理学家，加州理工学院物理学教授，1965年诺贝尔物理奖得主 。理查德·费曼，高中毕业之后进入麻省理工学院学习，初主修数学和电力工程，后转修物理学。1939年以优异成绩毕业于麻省理工学院，1942年6月获得普林斯顿大学理论物理学博士学位。同年与高中相识的恋人艾琳结婚。1942年，24岁的费曼加入美国原子弹研究项目小组，参与秘密研制原子弹项目“曼哈顿计划”。1945年艾琳去世。“曼哈顿计划”结束，费曼在康奈尔大学任教。1950年到加州理工学院担任托尔曼物理学教授，直到去世。

提出了费曼图、费曼规则和重正化的计算方法，这是研究量子电动力学和粒子物理学不可缺少的工具。费曼还发现了呼麦这一演唱技法，曾一直期待去呼麦的发源地——图瓦，但是终未能成行。 他被认为是爱因斯坦之后*睿智的理论物理学家，也是第*位提出纳米概念的人。

文摘

阿莉克斯·毛特纳对物理学很好奇，常常要我给她讲解。我想，这事我能应付得来，正如在加州理工学院有一群学生每星期四到我这里来花一个小时讨论物理问题我能应付得来一样。可结果，我感兴趣的这部分却没成功：我们老是在讨论量子力学那些古怪的概念时给窘倒了。我告诉阿莉克斯，我不能只花一个小时或一个晚上把这些概念给她解释清楚——这需要花很长时间，但我答应她，总有一天我会准备一个系列讲座来讲解这个课题。

我准备了几讲，然后去新西兰试试如何——因为新西兰反正远得很，即使讲砸锅了，也没什么了不起。噢，新西兰人认为讲得还不错，所以我猜这讲座还可以——至少对新西兰是这样。现在我在这里讲的就确实是我为阿莉克斯准备的讲座，但很遗憾，现在，我不能直接讲给她听了。

我愿意给大家谈的是物理学中已经为人所知的部分，而不是未知的部分。人们总是要求我们讲解“统一”——把这个那个理论统一起来这一类工作的新进展，而不给我们机会向他们讲解我们已经掌握得很好的一个个理论。他们总是想了解我们尚不知道的东西。所以，与其用一些半生不熟、我们尚且一知半解的理论把你们弄得晕头转向，还不如像我所愿意的那样给你们讲一讲一个我们已经分析得通透至微而掌握了的课题。我喜欢物理学的这个领域，而且认为它是绝妙的——那就是量子电动力学，或简而言之，QED。

我这几讲的目的是尽可能准确地描述关于光和物质的奇妙理论——或者更明确地说，是关于光与电子的相互作用。要讲完我想讲的所有内容，需要很长的时间。好在我们分四次讲，我会好好利用这些时间，把所有内容都弄清楚。

物理学在过往的历史中，尝试将众多现象综合为很少几个理论。例如，在早期，人们观察到运动的现象和热的现象；还有声、光和重力的现象。但在牛顿（Sir Isaac Newton）解释了运动的规律以后，人们很快发现，这些过去看起来毫不相干的现象，其中有些其实是同一事物的侧面。例如，声音现象完全可以理解为空气中原子的运动。所以声音就不再被看作是运动之外的什么事了。人们还发现，从运动规律出发，热现象也是容易理解的。用这个方式，一大堆物理学理论被综合成一个简明易懂的理论。不过万有引力理论除外，它不能用运动规律来理解，甚至在今天它也还是与其他理论毫无联系。迄今，万有引力仍不是借助其他现象所能理解的。

在把运动、声和热这几种现象综合起来之后，人们又发现了我们称之为电现象和磁现象的几种现象。1873年，这些现象同光和光学现象被麦克斯韦（James Clerk Maxwell）的一个理论综合在一起，麦克斯韦提出光就是电磁波。所以在这个阶段，有运动定律、电和磁的定律和万有引力定律。

1900年前后，一种解释物质到底是什么的理论出现了。它被称为物质的电子理论——认为原子中有很小的带电粒子。这个理论逐渐演化发展，认为原子中有一个重核，并有电子绕它旋转。

人们想借助力学定律，就是说想仿照牛顿利用运动定律探究出地球如何绕日运行的办法来理解电子绕核旋转，这个努力是失败了：它做的所有预言都是错的。（附带说一句，相对论大致也是在这段时间里提出来的，你们大家都把它理解成是物理学中的一场革命。但与牛顿运动定律不能用于原子这个发现比起来，相对论只是个小修正。）建立另一个体系取代牛顿定律花费了很长时间，因为原子水平上的现象是很奇怪的。要领悟在原子水平上发生的事情，人们必须抛弃常识。后，在1926年，用来解释电子在物质中的“新型行为”的一种“非常识性”理论建立起来了。这个理论看来好像荒诞不经，但事实然绝非如此：它就叫做量子力学。“量子”这个词是指自然界那个违背常识的特别的一面。我准备和你们谈的，就是关于这一面的问题。

量子力学的理论还解释了所有各类现象的细节，例如为什么一个氧原子和两个氢原子合成水，等等。这样，量子力学就也为化学提供了背景理论。所以说基础的理论化学实际上就是物理学。

量子力学由于能够解释物质所有的化学性质和其他各种性质而获得极大的成功。但关于光和物质的相互作用还是存在问题。就是说必须将麦克斯韦的电和磁的理论加以改造，使之与已经建立起来的新的量子力学相适应。这样，在1929年，一个新的理论——关于光和物质相互作用的量子理论——终于由一些物理学家建立起来了。它的名字倒是怪可怕的，叫做“量子电动力学”。

但是这个理论曾有过让人头疼的麻烦。如果你粗略地进行计算，这理论能给你相当合乎逻辑的结果。但要是想进行更的计算，你会发现修正值（你原以为计算越，修正值会越小吧！例如一系列的修正值中，下一个会比上一个小）事实上很大——事实上竟然是无穷大！原来，这个理论不允许你把任何一个量计算得超过的精度。（此为电子书）

顺便说一下，刚才我给你们概括讲的那些，我把它称为“物理学家的物理学史”，这种物理学史从来是不正确的。我刚才给你们讲的是物理学家给他们的学生讲的形式化的神话故事一类的东西，学生又把这些讲给他们的学生。我刚才讲的这些不同真实的历史发展有什么联系，说真的，我并不大知道真实的历史过程到底是怎样发生的。

无论如何，我还是要接着讲这段“历史”。P·狄拉克（PaulDirac）利用相对论建立了电子的相对论——不过他没有把电子与光相互作用的影响考虑在内。狄拉克的理论是说，电子有一个小的磁矩——就像是一个小磁体的力那类东西，它的强度正好为某种单位制的1个单位。后来，大约到了1948年，实验发现实际值应该是接近于1.00118个单位（小数点后后一位数的不定度约为3）。当然，电子要与光相互作用，这是众所周知的，所以有某个小修正值正在意料之中。人们还期望这个修正值从量子电动力学这个新理论的观点看来也是可以理解的。但计算的结果，这个修正值不是1.00118，而是无穷大——经验告诉我们，这结果是错的！

好了，在量子电动力学中如何进行计算这个问题被J·施温格（JuliaSchwinger）、朝永振一郎（Sin-Itiro Tomonaga）和我本人于1948年前后解决了。施温格是个使用一种新的“壳层游戏”（shell game）计算这个修正值的。他算出的理论值是1.00116，与实验值已经相当接近，这说明我们的思路是对的。后，我们终于有了可以用来进行计算的关于电和磁的量子理论了。我打算给你们讲的就是这个理论。

量子电动力学的理论到现在已经经受了五十多年的检验，检验的条件越来越广泛、检验的精度越来越高。现在，我可以骄傲地说，在实验和理论之间，不存在重大分歧。

这里我给你们几个近得到的数据，让你们领略一下这个理论如何备受艰辛地通过检验：狄拉克数的实验值是1.00115965221（小数点后后一位数的不定度大约为4），而理论值为1.00115965246（不定度约为实验误差的五倍）。为了使你对这个度有个概念，我给你打个比方：如果你在测量洛杉矶到纽约的距离时到了这个程度，那你就是到了人的一根头发那么细。在过去的五十多年里，量子电动力学就是这样从理论和实验两个方面精巧灵敏地经受着考验。顺便说一句，我刚才只是举了一个数据给你们看。实际上量子电动力学中，其他东西的测定值也差不多是这样，它们与理论值同样符合得相当好。这个理论的内容一直在非常大的尺度范围内——从地球大小的一百倍到原子核大小的百分之一——经受着考验。我介绍这些数据是为了吓唬你们，迫使你们相信这个理论大概不会太差。下面，我会给你们讲这些计算是怎么做的。

对于量子电动力学所描述的现象，其范围之宽广，我想再一次加深你们的印象。反过来说容易点，让我反着说：它能描述物理世界的所有现象，只是万有引力作用——那种把你们束缚在椅子上的作用（实际上，现在把你们束缚在椅子上的是万有引力再加上你们的礼貌，我想）——和放射性现象（它们涉及到核的能级跃迁）除外。这样，如果我们把万有引力和放射性（更恰当地说，是核物理）除开不算，剩下来的是什么呢？汽车中汽油的燃烧、发泡起沫、盐或铜的硬度、钢的刚性。事实上，生物学家正在尽其所能地借助化学对生命做出解释，而正如我已经说过的，化学背后的理论就是量子电动力学。

我必须澄清一件事：在我说物理世界的所有现象都可以用这个理论解释时，我们并不真的知道是不是这样。我们所熟悉的大部分现象都涉及极大量的电子，要我们这贫乏可怜的头脑去跟踪如此复杂的事物，那可太难了。在这种情况下，我们可以运用这个理论粗略地估算出什么情况应该发生，并粗略地估算出在这种复杂的环境中，真真正正发生的到底是什么。但是，如果在实验室里安排一个在简单的环境下只涉及仅仅几个电子的实验，我们就可以很地计算出什么情况可能会发生，而且也可以很地把它测量出来。我们无论何时做这种实验，量子电动力学的理论总是表现得很好。

我们物理学家老是在检验，查看这个理论是不是有什么毛病。这种查看是一种游戏，因为如果真有什么毛病，那就很有意思了！但到目前，我们还没发现量子电动力学有什么问题。所以我可以说，它是物理学的珍宝——我们骄傲的财富。

序言

　　费曼的原创精神简直是不可遏制的。在这本离奇、绝妙的书中，他向外行读者介绍了光的量子理论。
　　——《纽约客》
　　
　　通过这谈兴浓郁、轻松有趣的四个章节，费曼没用一个公式就向广大读者讲解了QED，而他本人则为这个理论提出了一个很有用的、作用强大的形式。
　　——P.MOJTison《科学美国人》
　　
　　费曼这个四讲的讲座肯定极为奇特，它们也就成了同样极为引人入胜的一本书，一本由于他的才情和妙语而充满情趣的QED入门读物。任何一位对物理学的今天怀有好奇心的人都应该买这本书。不仅是为了对量子理论深层含义的勉力把握，也是为了对历史的一个片刻的存心保有。
　　——P.Waloschek《自然》
　　
　　由有本事清晰地讲解物理学的这位公认带领的又一次智力之游。
　　——J.Boche《泰晤士文学期刊》