迈向量子场论

费曼图

费曼图是理查德·费曼发明的一种简单图画,用来表示量子场论中粒子之间的一次相互作用。线条代表穿行于时空中的粒子,而线条相交之处——称为顶点——标明粒子发生相互作用的地方,比如一个电子发射或吸收一个光子。一眼望去,图便讲出了谁进来、交换了什么、谁出去的故事。

但费曼图远不只是一幅漫画。每一张图都对应于一个精确的数学表达式,它由遵循一套固定规则拼装而成,为某个过程的概率幅贡献一项。要计算某个结果有多大可能,物理学家会把所有能产生它的图的贡献加起来,从最简单的,一直到顶点越来越多、越来越繁复的图,每一张通常都比上一张更小。

这套记账法把令人生畏的计算变得近乎可视,并使量子电动力学成为科学中检验得最精确的理论,其预言与实验在十几位小数上相符。不过,诚实地说,图中的内线并不是真实粒子的字面旅程。它们是一种近似中的数学项——常被标作虚粒子——而图是组织计算的工具,而非物理上所发生之事的照片。

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

线是粒子,顶点是相互作用;每张图是概率幅中的一项,对所有图求和。

费曼图是计算工具,而非粒子路径的字面图画。内部的「虚粒子」无需遵守通常的能量—质量关系,也永远无法被直接观测;唯有求和后的结果才是物理的。

又称
Feynman graph费因曼图費因曼圖