電荷與量子電動力學耦合

為什麼磁鐵牢牢吸住鋼鐵，卻幾乎拉不動一枚銅幣？為什麼光能穿過玻璃，卻沒有很用力地把原子擠開？答案是電磁交互作用有一個確定的強度，而這個強度由電荷決定。在量子電動力學裡，一個物體的電荷同時也是它的'耦合'——這個數決定了它發射和吸收光子有多積極。電荷越大，耦合越強，與光以及與其他電荷的交互作用就越劇烈。

具體地說，每當一個電子發射或吸收一個光子，計算中就會乘上一個與電子電荷成正比的因子，記作 e。由於一個典型過程涉及兩個這樣的事件（一個電荷發射，另一個吸收），機率最終正比於 e 乘以 e，即 e 的平方。這個組合經過適當換算，就是精細結構常數 alpha，約為 1/137。這個數之所以小，正是為什麼電磁力雖然主宰著我們的日常世界，在單個粒子層面卻是一種相當溫和的力，也正是為什麼量子電動力學逐項的計算能夠收斂。

耦合是把抽象理論連到可測實在的那個旋鈕。電荷加倍的粒子與光子的耦合也加倍，表現出四倍的交互作用機率。這就是為什麼帶有正負三分之一或三分之二分數電荷的夸克，其電磁交互作用比電子弱；也是為什麼像微中子這樣電荷為零、耦合為零的中性粒子，會完全無視光子，因而極難被探測到。