江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

知识分子|| 量子群英传，兰姆位移与重整化( 二 )


问题首先出现在1930年奥本海默发表的一篇论文中 。 他试图计算电子与电磁场之相互作用对原子中电子能级的影响［后来知道这是兰姆位移（Lambshift）］ 。 奥本海默发现电子自能更像一个不收敛的序列 ， 类似于：1+1+1+1+……因此 ， 量子场论最后计算结果预测的能级差异为无限大 。
实际上 ， 无穷大问题在经典电子学中也存在 。 例如 ， 电子自能的无穷大是来源于电子的点粒子模型 。 经典物理中计算自身电荷产生的能量时 ， 首先我们可以将电子当作一个半径r的小球 ， 无论是将电荷均匀分布于球面上或球体中 ， 当r趋近于0时 ， 电子质量公式m=e2/rc2都会得到无穷大的电磁能 。 即当电子半径r趋于零时质量m趋于无穷 。 最后 ， 经典电子论通过引进电子的有限半径（非点粒子）免除了这一发散 。
【知识分子|| 量子群英传，兰姆位移与重整化】惠勒（JohnArchibaldWheeler ， 1911-2008）和费曼战前的文章 ， 是根据超前-推迟势模型 ， 经典地解决无穷大问题 。 他们也曾试图推广此方法用来解决量子场论中的无穷大自能问题 ， 但最终没有成功 。
这无穷大的结果困惑了物理学家多年 ， 导致量子场论的研究停滞不前 。 那时 ， 大家认为场论有根本性的问题 ， 不是一个好的理论 。 因此 ， 这个问题也激励人们提供新的观点来完善量子场论 。
不过 ， 那时的物理学家们正忙于别的事 ， 因为二战已经开始了 。
三、谢尔特岛会议
二战结束之后 ， 物理学家们重新思考如何解决这个问题 。 有三次重要的会议与此有关 。
1947年6月 ， 在纽约州长岛东段的谢尔特小岛（ShelterIsland）上 ， 美国科学院专门召开会议 ， 主题是量子力学与电子问题 ， 实际上主要讨论当时物理中出现的突破性进展：物理学家威利斯?兰姆（WillisEugeneLamb ， 1913-2008）和同事用战争中发展的新兴微波技术测出的“兰姆位移”及相关问题 。
这是科学史上的一件盛事 ， 虽然与会者仅有24位 ， 但都是一流人物 。
知识分子|| 量子群英传，兰姆位移与重整化
文章图片
1947年的谢尔特岛会议,图源[2]
根据狄拉克方程计算 ， 氢原子的2S（1/2）和2P（1/2）能级相同 ， 可以简并 。 然而 ， 兰姆探测后发现 ， 这两个能级其实并不吻合 ， 而是存在一个小小的能级差 ， 好比梯级中这对本应一般高的台阶却有一个比另一个稍微高了一点 。 后来将此现象称为兰姆位移 。
知识分子|| 量子群英传，兰姆位移与重整化
文章图片
兰姆在谢尔特岛会议上作报告 ， 图源[3]
威利斯·兰姆是生于洛杉矶的美国物理学家 ， 1934年获得加州大学伯克莱分校化学学士学位 ， 后来在罗伯特·奥本海默的指导下完成中子散射研究 ， 他于1938年获得物理学博士学位 。 他测试了兰姆位移 ， 并因此在1955年获得诺贝尔物理学奖 。 2008年 ， 兰姆由于胆结石疾病的并发症去世 ， 享年94岁 。
谢尔特岛会议上 ， 有费曼 ， 还有另一位与费曼同龄的聪明年轻人——哈佛大学的美国理论物理学家朱利安·施温格（SchwingerJulianS ， 1918-1994） 。 施温格和费曼同年出生于纽约 ， 家族是波兰籍的犹太裔 ， 从事制衣行业 。 施温格从小聪慧过人 ， 也是个有名的天才 。 施温格的生活习惯很奇怪 ， 习惯白天打瞌睡睡懒觉 ， 晚上起床学习和工作 。 不过 ， 他是物理学家中出了名的硬算高手 ， 对冗长繁难的笔算非常拿手 。
知识分子|| 量子群英传，兰姆位移与重整化
文章图片
谢尔特岛会议上的讨论 ， 费曼为中心（从左至右）兰姆（站）、惠勒（站）、派斯、费曼、费许巴赫、施温格
伊西多·拉比（IsidorRabi ， 1898-1988）是美国犹太人物理学家 ， 他发现了核磁共振（NMR） ， 并于1944年获得了诺贝尔物理学奖 。 施温格在纽约市立学院读本科时 ， 被伊西多·拉比看中 ， 后转至哥伦比亚大学学习 。 施温格于1939年获得博士学位 ， 毕业后在伯克利加州大学和普渡大学任教 。 二战期间 ， 施温格从事了有关雷达和加速器的研究 。 1945年出任哈佛大学教授 ， 但后来因与同事不和 ， 70年代离开哈佛至加州大学洛杉矶分校任教直至退休 。 施温格培养了多名优秀博士生 ， 其中有4名获得了诺贝尔奖 ， 此外还有布莱斯·德维特（BryceDeWitt ， 1923-2004） ， 他是量子引力的奠基人 。


推荐阅读


上一篇：中国科技先生|华为逆势猛增剑指全球第一，奇迹！美国三大存储巨头收入大幅下滑

下一篇：驱动之家|断供中国公司 CPU 国产 x86 处理器已供货：比肩至强，Intel