邁向量子場論

費曼圖

費曼圖是理查德·費曼發明的一種簡單圖畫,用來表示量子場論中粒子之間的一次相互作用。線條代表穿行於時空中的粒子,而線條相交之處——稱為頂點——標明粒子發生相互作用的地方,比如一個電子發射或吸收一個光子。一眼望去,圖便講出了誰進來、交換了什麼、誰出去的故事。

但費曼圖遠不只是一幅漫畫。每一張圖都對應於一個精確的數學表達式,它由遵循一套固定規則拼裝而成,為某個過程的機率幅貢獻一項。要計算某個結果有多大可能,物理學家會把所有能產生它的圖的貢獻加起來,從最簡單的,一直到頂點越來越多、越來越繁複的圖,每一張通常都比上一張更小。

這套記帳法把令人生畏的計算變得近乎可視,並使量子電動力學成為科學中檢驗得最精確的理論,其預言與實驗在十幾位小數上相符。不過,誠實地說,圖中的內線並不是真實粒子的字面旅程。它們是一種近似中的數學項——常被標作虛粒子——而圖是組織計算的工具,而非物理上所發生之事的照片。

e⁻ + e⁻ → e⁻ + e⁻ via photon exchange (one vertex on each line)

線是粒子,頂點是相互作用;每張圖是機率幅中的一項,對所有圖求和。

費曼圖是計算工具,而非粒子路徑的字面圖畫。內部的「虛粒子」無需遵守通常的能量—質量關係,也永遠無法被直接觀測;唯有求和後的結果才是物理的。

又稱
Feynman graph费因曼图費因曼圖