6、走进量子物理：费曼与量子场论的奇妙世界

走进量子物理：费曼与量子场论的奇妙世界

一、理查德·费曼：物理学半神与量子计算机之父

理查德·费曼（1918 - 1988）是上世纪最伟大的物理学家之一，其地位仅次于阿尔伯特·爱因斯坦。他在物理学领域贡献卓著，参与了研制第一枚原子武器的曼哈顿计划，其在计算和量子电动力学（QED）方面的讲座与著作堪称传奇，《六堂简易物理课》更是彻底改变了全球物理学的教学方式。

费曼是量子场论（QFT）的先驱之一，因在量子电动力学方面的工作于1965年荣获诺贝尔物理学奖。鲜为人知的是，他还是首个提出量子计算机概念的人。他意识到，研究原子尺度现象所需的巨大复杂性，应由基于原子原理设计的机器来完成，这便是量子机器的开端。

二、量子场论的奥秘：无穷大的困扰

量子场论在描述现实的最小尺度方面取得了巨大成功，它建立在量子力学的哥本哈根解释之上，成为当代物理学的主流观点。然而，这一成功并非没有代价，即使是量子场论中最强大的方程，如狄拉克方程或费曼的路径积分，在处理最简单的粒子相互作用时也变得极其难以求解。

为了使这些方程变得可解，物理学家们采取了以下步骤：
1. 近似简化 ：通过近似将复杂性降低到可解的形式。
2. 处理无穷大 ：解决近似方程中出现的恼人的无穷大问题。
3. 构建图像系统 ：将整个过程整合为一个大多数人都能理解的图像系统，即费曼图。

以最简单的粒子相互作用——电子散射为例，在经典电动力学中，库仑定律可以很好地量化两个静止带电粒子之间的力：
[F = \frac{kq_1q_2}{r