什麼是費曼圖和費曼規則?憶淺啊2018-04-11 22:54:30

在微擾論計算關聯函式時,發現公式總可以寫成一些有固定格式的因子的乘積,而這些因子又似乎有某種物理意義(虛粒子,裸頂點),於是發明了一套圖形來代表這些因子,圖形的組合代表關聯函式,這個組合稱為費曼圖,圖形與因子的對應關係稱為費曼規則。

什麼是費曼圖和費曼規則?

其本質只是計算技巧,而那些看似有物理意義的圖形本質上並無物理意義。

什麼是費曼圖和費曼規則?物理思維2018-10-29 00:51:50

量子力學的核心問題是求解薛定諤方程,

什麼是費曼圖和費曼規則?

但大多數薛定諤方程都沒法嚴格求解,這就需要我們發展各種近似方法。

典型的方法是微擾展開。所謂微擾就是把H看做是兩部分組成的,H0是已知解的部分,H1是剩下的部分。

我們一般把H0稱作是自由粒子的部分,H1是相互作用的部分。設想一個典型的問題,多電子的問題,電子兩兩之間都存在庫倫相互作用,這對應的是H1,假如電子之間沒有相互作用的話,就是H0。

在相互作用繪景下,態向量和算符分別滿足不同的時間演化方程:

什麼是費曼圖和費曼規則?

即在相互作用繪景下,態向量隨時間的演化將完全由相互作用H1決定,而算符A隨時間的演化將完全由H0決定。

相互作用繪景下的演化算符U:

什麼是費曼圖和費曼規則?

現在對薛定諤方程的求解就歸結為對U的求解。透過迭代的方式,我們可以在形式上把U解出來,

什麼是費曼圖和費曼規則?

這裡T是編時算符,其作用是使算符自右向左,時間變數保持由早到晚排列,即:

什麼是費曼圖和費曼規則?

這就是所謂戴遜級數,順便說一句戴遜是費曼的好基友。

什麼是費曼圖和費曼規則?

年輕時的戴遜(1923-)

有了戴遜級數後,我們來計算傳播子,所謂傳播子就是粒子從x‘t’(源)傳播到xt(場)的機率幅,也叫格林函式。

什麼是費曼圖和費曼規則?

我們可以把戴遜級數代入到上式中去,比如我們先代入到上式的分母中去。

什麼是費曼圖和費曼規則?

對於電子和電子之間的相互作用,H1可表示為:

什麼是費曼圖和費曼規則?

(上式中的1表示x1, t1;1‘表示x’1, t‘1。忽略庫倫作用的推遲效果,t1=t’1。)

可見,如果我們要想做進一步的計算,會涉及很多多重積分,這會使得積分的式子越寫越長,這不僅使得計算變得繁複,容易出錯,而且也不利於我們理解物理,我們很容易認為這裡面只是一些計算而已,而忽視了裡面可能的物理概念。

什麼是費曼圖和費曼規則?

費曼(1918-1988)其實沒有比戴遜大幾歲。

必須得有一個簡單的方法來表示這些積分,我們才能從繁複的數學計算中看到簡單的物理影象。

費曼第一個想到可以用一系列圖形,及與圖形相配合的規則去表示以上可能的複雜計算,這就是所謂費曼圖和費曼圖形規則。

什麼是費曼圖和費曼規則?

一位歐洲的物理學家,斯圖克爾伯格(1905-1984)曾經用法文發表過一些和費曼圖有關的形式理論,據說費曼曾問斯圖克爾伯格為什麼不把那些圖畫出來,斯圖克爾伯格回答說:“我沒有製圖員”。

還是以電子-電子之間的相互作用為例,H1可表示為:

什麼是費曼圖和費曼規則?

格林函式的計算可表示為:

什麼是費曼圖和費曼規則?

有了費曼圖和費曼圖形規則,我們就可以直接對圖形進行分類,本來在微擾論計算中,我們喜歡說考慮相互作用的低階貢獻,忽略相互作用的高階貢獻,現在我們可以針對不同的物理問題,考慮某些型別的圖形,忽略其他型別的圖形進行計算,這就使得我們在繁複物理計算的背後重新獲得了理解物理的能力。

比如,著名的無規相近似就是隻考慮泡泡圖的近似。

什麼是費曼圖和費曼規則?

什麼是費曼圖和費曼規則?物理文化與施鬱世界線2018-10-31 16:19:46

施鬱(復旦大學物理學系教授)

費曼圖和費曼規則原來是費曼在研究量子電動力學時發展出來的簡單直觀的推導和計算方法,後來也被廣泛用到所有其他的量子場論中,也包括非相對論的量子多體物理。

簡言之,就是將複雜的數學表示式用圖表達出來。每個量子場論中,特別是在微擾論計算中,有一些數學表示式就像基本的單元一樣,總是出現,更復雜的數學表示式就像將這些基本的表示式組裝起來一樣。在微擾論中,每一階是某個代表相互作用的表示式的冪次,用費曼圖表示就是頂點。 每個頂點帶來一個固定的代表相互作用強度的量。費曼圖經常用來描寫散射過程,比如兩個入射粒子,經過一箇中間過程,最後是liangg阿出射粒子。這樣一個過程往往就用一個費曼圖表示。 因為相互作用的冪次的出現,導致有簡單的規則費曼圖將整個表示式表達出來。這就是費曼規則。

[施鬱原創]