宇宙是什么

14. 物理学史上最精确的理论值

  总之，得益于费曼图的诞生，粒子间的各种情况就能高效计算了。接下来的内容会不太好懂，大家跳过这部分继续阅读后文也无妨。费曼图中最有名的计算，是关于“电子磁铁”强度的计算。

  不停旋转的电子，自身就是是一个有S极和N极的磁铁，其强度可以用“g因子”这个单位来测量。因提出了融合相对论和量子力学的理论而获得1933年诺贝尔物理学奖的狄拉克，从理论上预言了1个电子的磁场强度是“g=2”。

  但是，后来的研究者实际测量g因子的大小后，发现它并非恰好是整数2，而是存在0.1%的偏差。

  对量子电动力学做出卓越贡献并因此共同获得诺贝尔奖的三位物理学家（朝永振一郎、费曼、施温格），对这一误差进行了理论上的解释。他们几乎同时指出，必须要考虑“释放虚光子的电子重新吸收了虚光子”这种情况。

  图3-10的费曼图展示了这一过程。被电子释放出的光子通过回到原来的电子的方式结清了能量上的“债务”。狄拉克的理论并没有考虑这一点。

图3-10 计算“电子磁铁”的强度

  因为电子一直在制造虚光子，所以上述这种情况在实际中也屡见不鲜。这种现象发生时，每次都会出现微乎其微的损耗，导致理论值与实验值之间出现偏差。通过计算求得g因子时，需要以该过程会发生损耗为前提来修正理论值。

  这方面的具体情况在此不做赘述。康奈尔大学的木下东一郎教授率领的团队对g因子进行了8次修正计算。电子吸回来的光子越多，计算的过程就越复杂。这8次修正计算使用了891个费曼图。研究者需要分别计算这些费曼图，最后汇总出结果。

  他们使用超级计算机计算了好几个月，最终得出了下面的理论值。

  哈佛的实验团队的实际测量值为 =1.001159652180。

  这个理论值与实验值的一致程度，恐怕是物理学史中最高的。有的读者可能会在意最后一位上的不同，但由于实验和理论都会存在误差，所以这对数值可以说是完全一致的。这部分内容确实比较难，有的人可能不太清楚我在讲什么。尽管如此，我想大家都会因这对理论值和实验值的高度一致而感动。

  交换虚光子确实让人感觉不真实，但如果能够接受它，就能得到丰硕成果，并创造出具有精确预言能力的理论。这个理论便是“量子场论”，它是量子电动力学的重要成果。