人人都能看懂的量子电动力学和费曼图（上）

但是，电子并不是遵循经典力学的弹珠，而是一个量子粒子。为了描述电子间的相互作用，有必要将电磁学和量子力学协调起来。为此，在20世纪中期，量子电动力学模型被开发了出来。量子电动力学是量子场论的一个分支，它是一个非常优雅的模型，允许使用简单的图表以最惊人的精度计算量子物理学中最基本的现象。

电子场和电磁场的性质是不同的，构成它们的数学对象也不是同一类型的。电子场是由旋量构成的，旋量是用复数描述的抽象物体。为了简化，我们可以把一个复数想象成有大小和有颜色的相位。当电子在场中传播时，复数的相位会随着时间旋转，这就是电荷。

电子带有一个电荷，它能记录下它们的相位随着它们向未来移动而改变的事实。除了电子之外，这个场还可以包含相位向另一个方向转变的扰动。在某种程度上，我们可以说这是一个电子，但是它向着过去的方向运动。从我们的观点来看，这个粒子的相位似乎向相反的方向转动，我们感觉到一种相反的电荷，这叫就是正电子。另一方面，光子场是由实数表示的矢量构成的，它们只是没有相位的普通数字，所以光子没有电荷。

这样的一个顶点可以象征一个电子放出一个光子，或者一个电子吸收一个光子还可以是一个正电子发射光子或吸收一个光子，甚至是一个电子和正电子湮灭成一个光子，或光子转换成一个电子正电子。

所有这些相互作用都是允许的，前提是对于每个顶点相互作用前后粒子在空间和时间中的总动量保持不变，电荷也必须守恒。每次交互都必须有一个箭头进入顶点，另一个箭头离开顶点。通过让我们的两个电子与这些顶点相互作用，我们可以想象出各种不同的场景。

如果我们在一段时间后停止场的演化，看看每个场景的结果，我们有时会发现两个电子，有时会发现更多的粒子。从初始状态到最终状态的每一个过程被称为费曼图。