1900年-1930年
这也许是物理学史最激动人心的年代,因为两个革命性的理论在这个时期创立并发展,这两个理论是爱因斯坦创立的相对论以及众多物理学家一起创立的量子力学,这样现代物理这个大厦的两个基底打好了。这个时代群星璀璨,代表人物很多,不过好在他们有一张合影:
虽然是一张黑白照片,但光彩夺目。
1930年-1940年
微观粒子一般都是高速运动的,所以为了更好的描述微观粒子,量子力学必须和狭义相对论结合起来。其实早在1928年狄拉克创立了相对论量子力学方程,也叫狄拉克方程。不过这个方程有个毛病,那就是粒子的能量可以为负数,这显然是不对的,为了弥补这个毛病,狄拉克他自己提出了一个蹩脚的理论——空穴理论,虽然这个理论不太正确,但却蕴含了一个重要概念——反粒子,谈到这个概念,我们最熟知的例子大概就是电子的反对粒子是正电子。鉴于狄拉克方程和空穴理论毛病多多,它们不会是量子力学和狭义相对论的完美结合。到了30年代海森堡和泡利等物理学家引进了“场”的概念,每种微观粒子都对应着一种场,比如电子场,光子场等,场是可以量子化的,所以也就是相当于微观粒子的量子化。场概念的提出明确了反粒子的物理意义,把粒子和反粒子用场的语言统一描述了,解决了空穴理论的诸多毛病。随后物理学家们再把场概念理论化,公式化,创立了能把量子力学和狭义相对论完美结合起来量子场论,再然后场概念应用到光,正反电子,创立了至今为止最精确的理论——量子电动力学。但是到了30年代后期物理学家发现量子场论也有一个毛病,那就是发散疑难,也就是有些物理量算出来的结果是无穷大。其原因是量子场论把粒子看做半径为零的点粒子,而实际上粒子是有半径的。为了解决这个问题,物理学家提出了重整化概念,其实就是对物理概念重新定义,已达到发散相消的目的,也就是某个物理量=正的无穷大+负的无穷大,这样就有可能得到一个有限值。问题是这么一个奇怪的做法真的能消除所有的发散吗?
泡利 海森堡
1940年-1950年
在这期间有不少物理学家对重整化概念消除发散没信心,去研究别的方法了,还有不少人甚至认为量子场论可能也不对。就这样量子场论在风雨飘摇中来到了40年代末,这时三个物理学家朝永振一郎,施温格,费曼各自用自己的方法证明重整化可以消除所有的发散,挽救了量子场论。这里要提到的是,费曼的方法独树一帜,是他自创的路径积分方法,这个方法的创立其本身的意义也不亚于证明重整化可以消除所有的发散。随后戴森证明了上面三个人的方法等价,并提出了更加完整的重整化理论。可惜的是,由于人数上的限制,1965年的诺贝尔奖只颁奖给了朝永振一郎,施温格,费曼三人,可怜的戴森就这样于诺贝尔奖失之交臂。
朝永振一郎 施温格 费曼 戴森
未完,待续.......