Kvanttielektrodynamiikka (QED) on kvanttikenttäteoria, joka selittää, kuinka sähköisesti varautuneet hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa keskenään fotonien (valon “kvantit” tai pienet valopaketit) vaihdon kautta. Fotonit ja siten vuorovaikutus QED: ssä etenevät valon nopeudella. QED: ää kutsutaan mittariteoriaksi, ja matemaattisesti määritelty mittarikenttä edustaa sähkömagneettista voimaa. Teoria selittää myös magnetismin, koska magnetismi ja sähkö ovat kaksi ilmentymää samasta taustavoimasta, sähkömagnetismista.
QED-teoria on yksi maan parhaiten vahvistetuista teorioista, joka antaa joskus tarkkoja tuloksia kymmeneen desimaaliin, ja se oli ensimmäinen kvanttikenttäteoria, jota kutsuttiin johdonmukaiseksi ja täydelliseksi. Erään QED: n ennusteen todettiin olevan tarkka .0038 miljoonasosaa kohti, luultavasti tarkin ja tarkin fyysinen ennuste koskaan. Oikeiden ratkaisujen laskeminen sellaisten järjestelmien käyttäytymiseen, joissa on vuorovaikutuksessa olevia osia tai suurempia elektronikierroksia, tulee eksponentiaalisesti vaikeammaksi komponenttien määrän kasvaessa, ja jotkut laskelmat vaativat kirjaimellisesti vuosikymmenten työtä laskemiseksi ja tarkistamiseksi.
Neljästä luonnonvoimasta – sähkömagnetismi, heikko ydinvoima, voimakas ydinvoima ja painovoima – sähkömagnetismi on luultavasti helpoin selittää tarkasti, vaikka sen selittäminen kesti satoja tutkijoita vuosikymmeniä. Teoria kehitettiin tyydyttävästi 1965-luvun lopulla Sin-Itiro Tomonagan, Julian Schwingerin ja Richard Feynmanin itsenäisen työn ansiosta. He saivat vuoden XNUMX fysiikan Nobelin palkinnon ponnisteluistaan.
Jos sähkömagnetismi olisi ainoa universumissa toimiva luonnonvoima, QED tarjoaisi täydellisen kuvan sen luonteesta. Se ei kuitenkaan ole, ja etsitään edelleen kvanttikenttäteoriaa, joka yhdistää kaikki neljä voimaa. Lisäksi yhtälöiden ratkaiseminen QED: ssä on erittäin vaikeaa, vaikeampaa kuin perinteiset kvanttimekaniikkaongelmat, koska QED on kvanttimekaniikan yleistys erityiseen suhteellisuusteoriaan. QED -tunnetuimpia kuvia ovat Richard Feynmanin Feynman -kaaviot, jotka käyttävät suoria ja vinoja viivoja analysoidakseen erilaisia tapoja, joilla hiukkaset vaihtavat fotoneja vuorovaikutukseen fyysisesti.
QED -teoria tuottaa edelleen matemaattisia äärettömiä tietyissä yhteyksissä, ja vaikka monet näistä ongelmista on ratkaistu, ne pysyvät tietyllä tasolla. Näitä teoreettisia epätäydellisyyksiä on kehitetty ad hoc renormalisointialgoritmeilla. Nämä äärettömät viittaavat siihen, että QED ei missään tapauksessa ole lopullinen teoria, joten tulevaisuus on avoin tarkemman teorian löytämiselle, joka tarkastelee sähkömagnetismia kolmen muun luonnonvoiman yhteydessä.