Richard Feynman và vật lý học hiện đại - Bài 2 .Điện động lực học lượng tử - Tái chuẩn hóa .

Richard Feynman và vật lý học hiện đại .

Bài 2 .  



Tiểu sử  Richard Feynman - Điện động lực học lượng tử - Tái chuẩn hóa . 


Richard Phillips Feynman sinh ra tại Brooklyn (New York) năm 1918 trong một gia đình Do Thái. Richard Feynman tốt nghiệp Học viện kỹ thuật Massachusetts (MIT) vào năm 1939, bảo vệ bằng tiến sỹ tại Đại học Princeton dưới sự hướng dẫn của John Wheeler vào năm 1942. Ngay sau đó, ông bị lôi kéo vào dự án Manhattan. Ở đó, ông nổi tiếng về tính cách cởi mở và hài hước – tại Phòng thí nghiệm Los Alamos, ông rất thích phá các hệ thống bảo mật – và để trở thành một nhà vật lý khác thường: ông trở thành người đóng góp chủ yếu cho lý thuyết bom nguyên tử. Thói quen liên tục tìm tòi khám phá của Feynman về thế giới chính là gốc rễ của con người ông. Nó không chỉ là cái máy làm nên các thành công khoa học mà còn dắt ông đến rất nhiều khám phá kỳ thú ví như giải mã những chữ tượng hình của người Maya. Sau dự án Manhattan, Feynman làm việc cho Đại học Cornell một thời gian trước khi chuyển đến làm việc lâu dài cho Học viện kỹ thuật California (Caltech). Ông không chỉ là một nhà khoa học thiên tài mà còn là một nhà sư phạm tuyệt đỉnh, ông giảng giải các vấn đề vật lý phức tạp cho hầu hết mọi người đều có thể hiểu được.

Vào những năm sau Thế chiến thứ hai, Feynman tìm ra một phương pháp mới rất hiệu quả trong việc nhận thức cơ học lượng tử. Và chính điều đó mang giải Nobel năm 1965 đến với ông. Ông thách thức giả thuyết cổ điển cơ bản là mỗi hạt có một lịch sử đặc biệt. Thay vào đó, ông cho rằng các hạt di chuyển từ nơi này đến nơi khác theo tất cả các lộ trình khả dĩ trong không-thời gian. Mỗi lộ trình Feynman liên hệ với hai con số, con số thứ nhất là kích thước, biên độ của sóng, và con số thứ hai là pha sóng, cho biết đó là đỉnh hoặc hõm sóng (bụng sóng). Xác suất của một hạt đi từ A đến B cho bởi tổng các sóng liên quan đến lộ trình khả dĩ đi qua A và B. Tuy vậy trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thấy dường như các vật thể đi theo một lộ trình duy nhất từ điểm đầu đến điểm cuối. Điều này phù hợp với ý tưởng đa lịch sử (hoặc tổng theo các lịch sử), vì đối với các vật thể lớn thì qui tắc của ông về gán các con số cho mỗi lộ trình đảm bảo tất cả các lộ trình (trừ một lộ trình duy nhất) phải triệt tiêu lẫn nhau khi đóng góp của chúng được kết hợp lại. Chỉ có một trong số vô hạn các lộ trình có ý nghĩa đối với chuyển động của các vật thể vĩ mô là được xem xét và đó chính là lộ trình có được từ các định luật chuyển động cổ điển của Isaac Newton.
Ông còn áp dụng thuyết lượng tử để giải thích tính siêu chảy của helium lỏng và đây là cơ sở cho việc xây dựng lý thuyết siêu dẫn sau này.
Ông còn đưa ra biểu đồ Feynman, rất hữu ích trong việc tính toán tương tác của các hạt trong không-thời gian và là cơ sở của thuyết dây và thuyết M. Năm 1959, Feynman có bài phát biểu nổi tiếng There is a plenty room at the bottom mở ra hướng về công nghệ nanô và được coi là khai sinh ra ngành khoa học và công nghệ nanô.

Sách của Feynman về vật lý


*Elementary Particles and the Laws of Physics : The 1986 Dirac Memorial Lectures
*Six Easy Pieces: Essentials of Physics Explained by Its Most Brilliant Teacher
*Six Not So Easy Pieces: Einstein's Relativity, Symmetry and Space-Time
*The Feynman Lectures on Physics (with Leighton and Sands). 3 volumes 1964, 1966. Library of Congress Catalog Card No. 63-20717
*The Character of Physical Law ISBN 0-262-56003-8
*Quantum Electrodynamics ISBN 0-8053-2501-8
*QED: The Strange Theory of Light and Matter
Statistical Mechanics ISBN 0-8053-2509-3
*Theory of Fundamental Processes ISBN 0-8053-2507-7
*Quantum Mechanics and Path Integrals (with Albert Hibbs) ISBN 0-07-020650-3
*Lectures on Gravitation 1995 ISBN 0-201-62734-5
*Lectures on Computation ISBN 0-201-48991-0
*Feynman's Lost Lecture: The Motion of Planets Around the Sun ISBN 0-09-973621-7
*The Feynman Processor : Quantum Entanglement and the Computing Revolution ISBN 0-7382-0173-1


Sách về Feynman

*Feynman, Richard Phillips. (1999). The Meaning of It All: Thoughts of a Citizen Scientist. Perseus Publishing. (Paperback Edition ISBN 0-7382-0166-9)
*The Pleasure of Finding Things Out
*Surely You're Joking, Mr. Feynman! ISBN 0-393-01921-7
*What Do You Care What Other People Think?
*Genius: The Life and Science of Richard Feynman (by James Gleick)
*Most of the Good Stuff: Memories of Richard Feynman (edited by Laurie M. Brown and John S. Rigden)
*No Ordinary Genius: The Illustrated Richard Feynman (edited by Christopher Sykes)
*Tuva Or Bust! (by Ralph Leighton)
*QED and the Men Who Made It: Dyson, Feynman, Schwinger, and Tomonaga (Princeton Series in Physics) (by Silvan S. Schweber)
*Selected Papers on Quantum Electrodynamics (Fermi, Jordan, Heisenberg, Dyson, Weisskopf, Lamb, Dirac, Oppenheimer, Retherford, Pauli, Bethe, Bloch, Klein, Schwinger, Tomonaga, Feynman, Wigner, and many others) (by Julian Schwinger (Editor))
*Richard Feynman: A Life in Science (by John Gribbin and Mary Gribbin)
*The Beat of a Different Drum: The Life and Science of Richard Feynman (by Jagdish Mehra)
*Feynman's Rainbow: A Search for Beauty in Physics and in Life (by Leonard Mlodinow) ISBN 0-446-69251-4
*Perfectly Reasonable Deviations from the Beaten Track: The *Letters of Richard P. Feynman - Edited by Michelle Feynman (Basic Books, ISBN 0-7382-0636-9, April 2005).


Xem thêm

Vật lý học
Giải thưởng Nobel về vật lý
Liên kết ngoài

Richard Feynman
*Richard P. Feynman - Nobel Lecture
*Feynman Online!
*Unique freeview videos of Feynman's lectures on QED courtesy of *The Vega Science Trust and The University of Auckland
*Los Alamos National Laboratory Richard Feynman page
The Nobel Prize Winners in Physics 1965
*About Richard Feynman
*Feynman's classic 1959 talk:There's Plenty of Room at the Bottom
*Richard Feynman and The Connection Machine
Infinity tại Internet Movie Database
*PhysicsWeb review of the play QED
*BBC Horizon: The Pleasure of Finding Things Out — with Richard Feynman. A 50-minute documentary interview with Feynman recorded in 1981
*Richard Feynman, Winner of the 1965 Nobel Prize in Physics
Feynman's Scientific Publications
*The Letters of Richard P. Feynman Online

Nguồn : http://vi.wikipedia.org/wiki/Richard_Feynman


*****************************************************************************************************************


Điện động lực học lượng tử
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia


Bản mẫu  :  Lý thuyết trường lượng tử 

Trong vật lý hạt, điện động lực học lượng tử (QED) là lý thuyết trường lượng tử tương đối tính của điện động lực học. Về cơ bản, nó miêu tả cách ánh sáng và vật chất tương tác với nhau và là lý thuyết đầu tiên kết hợp được các tính chất của cơ học lượng tử và thuyết tương đối hẹp. QED miêu tả bằng toán học mọi hiện tượng có sự tham gia của các hạt mang điện tương tác với nhau thông qua trao đổi các photon ảo và biểu diễn các tính chất lượng tử của điện từ học cổ điển mang lại một lý thuyết đầy đủ về tương tác vật chất và ánh sáng. Một trong những cha đẻ của QED, Richard Feynman, gọi nó là "viên ngọc của vật lý học" do khả năng tiên đoán chính xác các đại lượng như mômen từ dị thường của electron, dịch chuyển Lamb đối với mức năng lượng của hiđrô.[1]
Theo thuật ngữ kĩ thuật, QED là lý thuyết nhiễu loạn của chân không lượng tử điện từ.



Lịch sử


Lý thuyết lượng tử đầu tiên miêu tả tương tác giữa bức xạ và vật chất do nhà khoa học người Anh Paul Dirac đưa ra, mà (trong thập niên 1920) ông là người đầu tiên tính được hệ số phát xạ tự phát cho một nguyên tử.[2]

Paul Dirac

Dirac miêu tả sự lượng tử hóa của trường điện từ giống như các dao động tử điều hòa và giới thiệu khái niệm toán tử sinh và hủy của hạt. Trong những năm sau, với các đóng góp của Wolfgang Pauli, Eugene Wigner, Pascual Jordan, Werner Heisenberg và hình thức điện động lực học lượng tử sáng rõ nêu bởi Enrico Fermi,[3] các nhà vật lý tin rằng, về nguyên lý, có thể tính toán bất kỳ một quá trình vật lý nào có sự tham gia của các photon và các hạt điện tích. Tuy nhiên, những nghiên cứu chi tiết hơn của Felix Bloch và Arnold Nordsieck,[4] và Victor Weisskopf,[5] trong năm 1937 và 1939, cho thấy những tính toán này chỉ tin cậy đối với xấp xỉ bậc nhất của lý thuyết nhiễu loạn, mà Robert Oppenheimer đã chỉ ra trước đó.[6] Những chuỗi vô hạn xuất hiện khi tính đến số hạng bậc cao hơn , khiến cho các tính toán trở lên vô nghĩa và dấy lên những nghi ngờ về tính nhất quán nội tại của lý thuyết. Trong thời gian này chưa có một giải pháp nào được nêu ra, và dường như nó không thể tương thích hoàn toàn đối với cả thuyết tương đối hẹp và cơ học lượng tử.


Những khó khăn trong lý thuyết tăng lên vào cuối thập niên 1940. Với kỹ thuật mới dựa trên sóng vi ba cho phép thực hiện các thí nghiệm đo chính xác hơn mức dịch chuyển năng lượng đối với nguyên tử hiđrô,[7] mà ngày nay gọi là dịch chuyển Lamb và mômen từ dị thường của electron.[8] Những thí nghiệm này cho thấy những giá trị kỳ lạ xuất hiện mà lý thuyết lúc đó không thể giải thích được.

Hans Bethe

Hans Bethe là người đầu tiên nêu ra giải pháp khắc phục những trở ngại này. Năm 1947, trên chuyến xe lửa từ New York đến Schenectady,[9] sau khi tham gia hội nghị tổ chức tại Đảo Shelter về chủ đề này, Bethe đã hoàn thành tính toán phi tương đối tính đầu tiên về sự dịch chuyển của các vạch quang phổ của nguyên tử hiđrô mà trước đó Lamb và Retherford đo được.[10] Mặc dù có những hạn chế trong cách tính của ông, kết quả thu được khớp tuyệt vời so với thực nghiệm. Ý tưởng đơn giản nhằm triệt tiêu các giá trị vô hạn để hiệu chỉnh khối lượng và điện tích thu về giá trị hữu hạn như đo bằng các thí nghiệm. Theo cách này, những giá trị vô hạn sinh bởi chuỗi số bị hấp thụ bởi các hằng số và cho kết quả hữu hạn khớp với giá trị đo được từ thí nghiệm. Thủ tục này sau đó gọi là tái chuẩn hóa.

Dựa trên trực giác của Bethe và những bài báo cơ sở về lĩnh vực này của Sin-Itiro Tomonaga,[11] Julian Schwinger,[12][13] Richard Feynman[14][15][16] và Freeman Dyson,[17][18] các nhà vật lý cuối cùng đã có thể tìm ra được những công thức hiệp biến cho giá trị hữu hạn tại bậc xấp xỉ bất kỳ trong chuỗi số miêu tả bằng lý thuyết nhiễu loạn của điện động lực học lượng tử. Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger và Richard Feynman cùng nhận giải Nobel Vật lý năm 1965 cho những công trình cơ bản trong ngành này.

Feynman (giữa) và Oppenheimer (phải) tại Los Alamos.

[19] Những đóng góp của họ, cùng với của Freeman Dyson, về khuôn khổ lý thuyết hiệp biến và bất biến chuẩn (gauge invariant) của điện động lực học lượng tử cho phép những tính toán về các đại lượng quan sát được tại những bậc xấp xỉ bất kỳ trong lý thuyết nhiễu loạn. Kỹ thuật toán học của Feynman, dựa trên các biểu đồ của ông, ban đầu dường như rất khác lạ so với cách tiếp cận theo lý thuyết trường, và toán tử của Schwinger và Tomonaga, nhưng sau đó Freeman Dyson chứng tỏ rằng hai cách tiếp cận này tương đương với nhau.

[17] Tái chuẩn hóa, sự đòi hỏi gắn các đại lượng vật lý tại những phép phân kỳ nhất định xuất hiện trong lý thuyết thông qua các tích phân, sau đó trở thành một trong những công cụ cơ bản của lý thuyết trường lượng tử và mang lại sự chấp thuận rộng rãi của các nhà vật lý đối với lý thuyết. Ngay cả khi kỹ thuật tái chuẩn hóa hoạt động khá hiệu quả trong thực hành, Feynman không bao giờ cảm thấy dễ chịu hoàn toàn về tính đúng đắn toán học của nó, và ông coi tái chuẩn hóa giống như "trò xóc đĩa" (shell game) và "hocus pocus" (ma thuật).[20]
QED đã trở thành hình mẫu và khuôn khổ cho những lý thuyết trường lượng tử về sau. Một trong những lý thuyết đó là Sắc động lực học lượng tử QCD, hình thành từ đầu thập niên 1960 và có mô hình như ngày nay kể từ những công trình năm 1975 thực hiện bởi H. David Politzer, Sidney Coleman, David Gross và Frank Wilczek. Dựa trên các công trình tiên phong của Schwinger, Gerald Guralnik, Dick Hagen, và Tom Kibble,[21][22] Peter Higgs, Jeffrey Goldstone, và những nhà vật lý khác, Sheldon Glashow, Steven Weinberg và Abdus Salam độc lập với nhau chứng minh được lực hạt nhân yếu và điện động lực học lượng tử có thể thống nhất với nhau thành một lý thuyết chung là lý thuyết lực điện - yếu.



Tham khảo

[1]. Feynman 1985, tr. 6
[2]. P.A.M. Dirac (1927). “The Quantum Theory of the Emission and Absorption of Radiation”. Proceedings of the Royal Society of London A 114 (767): 243–265. Bibcode:1927RSPSA.114..243D. doi:10.1098/rspa.1927.0039.
[3] E. Fermi (1932). “Quantum Theory of Radiation”. Reviews of Modern Physics 4: 87–132. Bibcode:1932RvMP....4...87F. doi:10.1103/RevModPhys.4.87.
[4] F. Bloch; A. Nordsieck (1937). “Note on the Radiation Field of the Electron”. Physical Review 52 (2): 54–59. Bibcode:1937PhRv...52...54B. doi:10.1103/PhysRev.52.54.
[5] V. F. Weisskopf (1939). “On the Self-Energy and the Electromagnetic Field of the Electron”. Physical Review 56: 72–85. Bibcode:1939PhRv...56...72W. doi:10.1103/PhysRev.56.72.
[6] R. Oppenheimer (1930). “Note on the Theory of the Interaction of Field and Matter”. Physical Review 35 (5): 461–477. Bibcode:1930PhRv...35..461O. doi:10.1103/PhysRev.35.461.
[7] W. E. Lamb; R. C. Retherford (1947). “Fine Structure of the Hydrogen Atom by a Microwave Method,”. Physical Review 72 (3): 241–243. Bibcode:1947PhRv...72..241L. doi:10.1103/PhysRev.72.241.
[8] P. Kusch; H. M. Foley (1948). “On the Intrinsic Moment of the Electron”. Physical Review 73 (3): 412. Bibcode:1948PhRv...73..412F. doi:10.1103/PhysRev.73.412.
[9] Schweber, Silvan (1994). “Chapter 5”. QED and the Men Who Did it: Dyson, Feynman, Schwinger, and Tomonaga. Princeton University Press. tr. 230. ISBN 978-0-691-03327-3.
[10] H. Bethe (1947). “The Electromagnetic Shift of Energy Levels”. Physical Review 72 (4): 339–341. Bibcode:1947PhRv...72..339B. doi:10.1103/PhysRev.72.339.
[11] S. Tomonaga (1946). “On a Relativistically Invariant Formulation of the Quantum Theory of Wave Fields”. Progress of Theoretical Physics 1 (2): 27–42. doi:10.1143/PTP.1.27.
[12] J. Schwinger (1948). “On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron”. Physical Review 73 (4): 416–417. Bibcode:1948PhRv...73..416S. doi:10.1103/PhysRev.73.416.
[13] J. Schwinger (1948). “Quantum Electrodynamics. I. A Covariant Formulation”. Physical Review 74 (10): 1439–1461. Bibcode:1948PhRv...74.1439S. doi:10.1103/PhysRev.74.1439.
[14] R. P. Feynman (1949). “Space–Time Approach to Quantum Electrodynamics”. Physical Review 76 (6): 769–789. Bibcode:1949PhRv...76..769F. doi:10.1103/PhysRev.76.769.
[15] R. P. Feynman (1949). “The Theory of Positrons”. Physical Review 76 (6): 749–759. Bibcode:1949PhRv...76..749F. doi:10.1103/PhysRev.76.749.
[16] R. P. Feynman (1950). “Mathematical Formulation of the Quantum Theory of Electromagnetic Interaction”. Physical Review 80 (3): 440–457. Bibcode:1950PhRv...80..440F. doi:10.1103/PhysRev.80.440.
[17] a b F. Dyson (1949). “The Radiation Theories of Tomonaga, Schwinger, and Feynman”. Physical Review 75 (3): 486–502. Bibcode:1949PhRv...75..486D. doi:10.1103/PhysRev.75.486.
[18] F. Dyson (1949). “The S Matrix in Quantum Electrodynamics”. Physical Review 75 (11): 1736–1755. Bibcode:1949PhRv...75.1736D. doi:10.1103/PhysRev.75.1736.
[19] “The Nobel Prize in Physics 1965”. Nobel Foundation. Truy cập ngày 9 tháng 10 năm 2008.
[20] Feynman 1985, tr. 128
[21] G.S. Guralnik, C.R. Hagen, T.W.B. Kibble (1964). “Global Conservation Laws and Massless Particles”. Physical Review Letters 13 (20): 585–587. Bibcode:1964PhRvL..13..585G. doi:10.1103/PhysRevLett.13.585.
[22]G.S. Guralnik (2009). “The History of the Guralnik, Hagen and Kibble development of the Theory of Spontaneous Symmetry Breaking and Gauge Particles”. International Journal of Modern Physics A 24 (14): 2601–2627. arXiv:0907.3466. Bibcode:2009IJMPA..24.2601G. doi:10.1142/S0217751X09045431.



Sách phổ thông


Feynman, Richard (1985). QED: The Strange Theory of Light and Matter. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-12575-6.


Sách đại học


*De Broglie, Louis (1925). Recherches sur la theorie des quanta [Research on quantum theory]. France: Wiley-Interscience.
*Feynman, Richard Phillips (1998). Quantum Electrodynamics. Westview Press; New Ed edition. ISBN 978-0-201-36075-2.
*Jauch, J.M.; Rohrlich, F. (1980). The Theory of Photons and Electrons. Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-07295-1.
*Greiner, Walter; Bromley, D.A.,Müller, Berndt. (2000). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. ISBN 978-3-540-67672-0.
*Kane, Gordon, L. (1993). Modern Elementary Particle Physics. Westview Press. ISBN 978-0-201-62460-1.
*Miller, Arthur I. (1995). Early Quantum Electrodynamics : A Sourcebook. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-56891-3.
*Milonni, Peter W., (1994) The quantum vacuum - an introduction to quantum electrodynamics. Academic Press. ISBN 0-12-498080-5
*Schweber, Silvian, S. (1994). QED and the Men Who Made It. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-03327-3.
*Schwinger, Julian (1958). Selected Papers on Quantum Electrodynamics. Dover Publications. ISBN 978-0-486-60444-2.
*Tannoudji-Cohen, Claude; Dupont-Roc, Jacques, and Grynberg, Gilbert (1997). Photons and Atoms: Introduction to Quantum Electrodynamics. Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-18433-1.


Tạp chí

*Dudley, J.M.; Kwan, A.M. (1996). “Richard Feynman's popular lectures on quantum electrodynamics: The 1979 Robb Lectures at Auckland University”. *American Journal of Physics 64 (6): 694–698. Bibcode:1996AmJPh..64..694D. doi:10.1119/1.18234.


Liên kết ngoài  

*Feynman's Nobel Prize lecture describing the evolution of QED and his role in it
*Feynman's New Zealand lectures on QED for non-physicists
*qed.wikina.org - Animations demonstrating QED

Nguồn : http://vi.wikipedia.org/wiki/ĐIỆN ĐỘNG LỰC HỌC LƯỢNG TỬ


Vài thông tin về Tái chuẩn hóa .

Nguồn : http://www.physics.ohio-state.edu/~ntg/srg/

Vào cuối những năm 1920, Dirac,Pauli,Weiskopff và Jordan xây dựng lí thuyết lượng tử cho tương tác giữa điện tử và photon ,mở rộng lí thuyết điện động lực trước đây của Maxwell. Lí thuyết điện động lực lượng tử sớm này đã rất thành công trong tính toán các quá trình tán xạ lượng tử khác nhau trong gần đúng bậc thấp nhất của lí thuyết nhiễu loạn. Đáng tiếc là  tất cả những xây dựng này cho S-ma trận trong xấp xỉ bậc cao đều cho kết quả phân kì .

Julian Schwinger
Born: 12 February 1918, New York, NY, USA
Died: 16 July 1994, Los Angeles, CA, USA
Affiliation at the time of the award: Harvard University, Cambridge, MA, USA
Prize motivation: "for their fundamental work in quantum electrodynamics, with deep-ploughing consequences for the physics of elementary particles"
Field: Quantum mechanics, quantum electrodynamics

Sin-Itiro Tomonaga
Born: 31 March 1906, Kyoto, Japan
Died: 8 July 1979, Tokyo, Japan
Affiliation at the time of the award: Tokyo University of Education, Tokyo, Japan
Prize motivation: "for their fundamental work in quantum electrodynamics, with deep-ploughing consequences for the physics of elementary particles"
Field: Quantum mechanics, quantum electrodynamics

( Nguồn : http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1965/   )



Đến cuối năm 1940,Tomonaga,Schwinger và Feynman tìm được cách xử lí vấn đề phân kì này bằng sự tái chuẩn hóa . Những nét cơ bản của tái chuẩn hoá  là cộng thêm vào  một thành phần chống lại sự phân kỳ ( counterterm ) trong phiếm hàm Hamilton của QED trước đây .Việc làm này đã đem lại kết quả phù hợp với 2 nguyên lí vật lí :

+Thứ nhất ,khối lượng điện tử trên lí thuyết phù hợp với khối lượng đo đạc.
+Thứ hai,tương tác giữa 2 điện tử trong khoảng cách lớn được quy về cổ điển .
Hai yêu cầu này đã dẫn đến 2 loại thành phần kháng phân kỳ về khối lượng và điện tích trong phiếm hàm Hamilton .

Hình 1. Tái chuẩn hóa trong điện động lực học lượng tử: Sự tương tác đơn giản điện tử - photon  xác định điện tích của điện tử tại một điểm tái chuẩn hóa được phát hiện bao gồm các tương tác phức tạp hơn tại một điểm khác .

Như đã nói ở trên,những phần chống lại này tuy vô hạn , nhưng chúng lại loại bỏ được phần vô hạn của S-ma trận trong ký thuyết QED ban đầu  . Sự loại trừ này vẫn để lại một vài thành phần thặng dư hữu hạn gọi là radiative corrections ( điều chỉnh bức xạ ). Những bước tính toán Tái chuẩn hóa của điều chỉnh bức xạ đối với các phần quá trình tán xạ (và năng lượng trạng thái cơ bản) sẽ cho kết quả trong mỗi bậc nhiễu  loạn ,và những kết quả này phù hợp với thực nghiệm một cách đáng ngạc nhiên .

Hình 2. Một sơ đồ góp phần tán xạ electron-electron  trong QED.
Vòng lặp có sự phân kỳ cực tím.

Hạn chế còn lại chủ yếu của lý thuyết Tái chuẩn hóa ( renormalized ) là phiếm hàm Hamilton QED với phần kháng phân kỳ là vô hạn . Mặc dù mọi thành phần vô hạn đều bị loại ra trong các công thức đối với các phần tử của S-ma trận nhưng chúng không hoàn toàn mất đi nếu ta muốn tính toán , chẳng hạn như sự tiến triển của vector hàm sóng và các quan sát . Sự thiếu hụt này có thể được điều chỉnh bởi một thủ thuật khác gọi  là phép biến đổi thẳng hàng Unitar  ( "unitary dressing transformation” ) được đề nghị đầu tiên trong O. W. Greenberg and S. S. Schweber, "Clothed particle operators in simple models of quantum field theory", Nuovo Cim. 8 (1958), 378 .

Trong lý thuyết sắp thẳng  ( dressed ) ,cả phiếm hàm Hamiltonian và S-ma trận đều hữu hạn . Hơn nữa , những đặc trưng phi vật lý của Tái chuẩn hóa trong QED như " đám mây của các hạt ảo " bao quanh các điện tử và phân cực chân không sẽ không có mặt trong các nghiên cứu về các hạt được sắp thẳng ( "dressed particle " )  .




< In the end of 1920's Dirac, Pauli, Weiskopff, and Jordan formulated a quantum theory of interactions between electrons and photons in a loose analogy with Maxwell's classical electrodynamics. This early quantum electrodynamics (QED) was very successful in calculations of various scattering processes in lowest orders of the perturbation theory. Unfortunately, all contributions to the S-matrix in higher orders came out infinite.

In late 1940's Tomonaga, Schwinger and Feynman found the way to fix this problem of infinities by renormalization. The renormalization basically adds certain infinite counterterms to the Hamiltonian of the early QED. The form of these counterterms was selected such that the resulting theory satisfied two physical principles. First, the calculated electron's mass should be equal to the measured electron's mass. Second, the calculated interaction energy between two electrons at large distances should be equal to the classical expression . These two requirements lead to two types of renormalization counterterms in the Hamiltonian - the mass and charge renormalization counterterms.

As I said above, these counterterms are formally infinite, however, it appears that they exactly cancel the S-matrix infinities present in the original early QED. This cancelation leaves some residual finite terms called radiative corrections. Renormalized calculations of radiative corrections for scattering processes (and energies of bound states) yield finite results in each perturbation order, and these results agree with experiment to an astonishing precision.

The main remaining drawback of the renormalized theory is that the QED Hamiltonian with counterterms is infinite. Although, as I said, all infinities cancel out in formulas for S-matrix elements, they do not cancel out if you want to calculate, for example, the time evolution of state vectors and observables. This deficiency can be fixed by another trick called "unitary dressing transformation" first suggested in O. W. Greenberg and S. S. Schweber, "Clothed particle operators in simple models of quantum field theory", Nuovo Cim. 8 (1958), 378 .
In the "dressed" theory both the Hamiltonian and the S-matrix are finite. Moreover, such unphysical features of the renormalized QED as "clouds of virtual particles" surrounding electrons and "vacuum polarization" are absent in the "dressed particle" approach. >

Nguồn :  Physics Forum .





 -------------------------------------------------------------------------------------------

 Toán học thuần túy, theo cách của riêng nó, là thi ca của tư duy logic.
 Pure mathematics is, in its way, the poetry of logical ideas.
 Albert Einstein .

Richard Feynman và vật lý học hiện đại - Bài 1.Richard Feymann và cuộc cách mạng trong vật lý học .

Richard Feynman và vật lý học hiện đại .


Bài 1 .

Richard Feymann và cuộc cách mạng trong vật lý học .

Richard Feynman là một nhân vật đầy màu sắc theo bất kỳ tiêu chuẩn nào được đưa ra . Thật phi thường khi ông vừa là một người truyền đạt đặc biệt, vừa là một trong những nhà vật lý có ảnh hưởng nhất của mọi thời đại. Ông không chỉ là một trong rất ít người có thể dẫn đến một cuộc cách mạng trong vật lý mà còn là nhân vật để lại cho chúng ta sự chia sẻ niềm vui trong việc tìm kiếm những khám phá và sáng tạo .



Feynman đã rất may mắn. Ông là một nhà cách mạng, người đạt được đỉnh cao phong độ của mình đúng ngay khi xuất hiện một cuộc cách mạng trong vật lý đang đòi hỏi hết sức cấp thiết  .

Các nhà vật lý, thế kỷ 20 đã bắt đầu với một cuộc cách mạng tư tưởng năm 1900, khi Max Planck giới thiệu "lượng tử" như một đại lượng tối thiểu , mặc dù vẫn hữu hạn , của năng lượng mà một hệ dao động có thể trao đổi với môi trường xung quanh.



Những "dợn sóng" này trong việc chuyển dịch năng lượng là một bước đột phá lớn đối với các chuyển dịch đại lượng liên tục đã rất quen thuộc với vật lý cổ điển trước kia . Tuy nhiên, đó mới chỉ là bước khởi đầu.

Quy mô thực sự của cuộc cách mạng lượng tử đã không trở nên rõ ràng cho đến những năm 1920, khi một nhóm các nhà vật lý châu Âu, trong đó có Max Born, Werner Heisenberg, Erwin Schrodinger và Paul Dirac, chỉ ra sự tham gia của lượng tử , có nghĩa là một hình thái mới của cơ học ra đời - cơ học lượng tử - với những quy luật đã thực sự mang tính cách mạng .


Cơ học cổ điển Newton dự đoán chính xác sự di chuyển của các đối tượng vĩ mô , bao gồm cả các hành tinh và mặt trăng nhưng đã thất bại trong việc giải thích cơ chế hoạt động của các nguyên tử.

Cơ học lượng tử mới có thể miêu tả thành công hành vi ở cấp độ nguyên tử ( nhỏ hơn một phần tỷ mét)  chỉ với cái giá bằng việc xóa đi những nguyên tắc ấp ủ từ lâu, chẳng hạn như ý tưởng cho rằng tất cả các hạt của vật chất đều có một vị trí nhất định và một vận tốc nhất định tại mọi thời điểm . Ngành cơ học mới này là một "trò chơi chao đảo"  khi mà trong đó sự chắc chắn đã rất gần với kết quả đạt được tại thời điểm quan sát nhưng, thậm chí sau đó, lại bị hạn chế một cách nghiêm ngặt.



Feynman là người luôn có một mong muốn sâu sắc tìm kiếm con đường riêng của mình trong sự hiểu biết, đã phát triển một cách tiếp cận hoàn toàn mới trong cơ học lượng tử. Để tránh những sự phức tạp về toán học của cơ học ma trận Heisenberg, và sự hấp dẫn trực quan của cơ học sóng Schrodinger, Feynman dựa trên cách nghiên cứu của mình về sự tổng hợp tất cả đóng góp các đường đi khả dĩ mà một hạt không có vị trí nhất định đã được dùng giữa các lần quan sát.



Ba mươi năm sau, cách tiếp cận của Feynman đã chứng minh là điều đó cực kỳ quan trọng đối với "cách mạng chuẩn " , nó bao trùm suốt một thế kỷ của cuộc cách mạng vật lý bằng cách cung cấp cho chúng ta  lý thuyết lượng tử của các lực cơ bản hoạt động ở quy mô dưới một phần nghìn tỷ mét.



Tuy nhiên, trước đó, một cuộc cách mạng khác đã diễn ra,  có liên quan trực tiếp với Feynman, và dẫn đến việc ông đoạt giải Nobel - đó là công trình xây dựng lý thuyết đo đầu tiên , điện động lực học lượng tử ( viết tắt QED : Quantum Electro Dynamics ) - lý thuyết lượng tử của lực điện từ giải thích sự ràng buộc của điện tử lên một nguyên tử, và nhiều hạt khác nữa .



Sự cần thiết của QED là hiển nhiên đối với các nhà vật lý. Ngành khoa học này đã từng được thảo luận từ những năm 1920 nhưng đó đã là một thử thách khó khăn mà những tiến bộ đạt được rất ít kể từ năm 1930. Nó đòi hỏi các nhà vật lý lượng tử phải vượt qua cơ học lượng tử để đến với lý thuyết trường lượng tử, cũng giống như vật lý cổ điển đã được mở rộng từ cơ học cổ điển Newton đến lý thuyết trường điện từ cổ điển của Faraday và Maxwell.



Mặc dù gặp không ít khó khăn, những tiến bộ vẫn được thực hiện, ngay cả trong Thế chiến II, đặc biệt như Sin-Itiro Tomonaga, tuy đã làm việc trong sự cô lập nhưng rất hiệu quả tại Nhật Bản. Sau chiến tranh, vấn đề xây dựng một lý thuyết lượng tử khả dĩ cho điện từ đã sẵn sàng mở rộng.

Trí tuệ sắc sảo của Julian Schwinger đã có một khởi đầu ấn tượng với cách tiếp cận rõ ràng nhưng rất chuẩn xác , sớm cho phép ông thực hiện những hiện tượng vật lý bất thường , được đo gần đây bằng sự tương tác của một electron và từ trường.

Feynman gần như đồng thời , với tài năng của mình cho việc tìm kiếm các bước đi tắt và cách tiếp cận bất ngờ, đã giới thiệu lược đồ Feymann mà nhờ đó công lao ông sẽ luôn luôn được ghi nhớ - đó là những viết tắt toán học có giá trị to lớn mà lại tránh được việc sử dụng các công thức phức tạp.

A Feynman diagram showing the radiation of a gluon when an electron and positron are annihilated.

Đột nhiên, những tính toán trước đây đã đòi hỏi phải lao động đến hàng tháng trời để thu được kết quả nay lại có thể được thực hiện trong ngày hoặc thậm chí vài giờ. Một lĩnh vực hoàn toàn mới đã được đã được mở ra để thăm dò và thám hiểm . Ngay cả những vấn đề của vô hạn - xu hướng của tất cả, nhưng các tính toán QED đơn giản nhất dẫn đến những đại lượng vô hạn mang tính vật lý vô nghĩa trước đây - đã sớm được giải quyết.

Bộ mặt của vật lý đã được cách mạng hóa, và Richard Feynman là trung tâm của hoạt động cách mạng này .

Trần hồng Cơ 
 trích dịch - tham khảo 

Theo : Revolutionising physics
By: Dr Robert Lambourne (Department of Physical Sciences, The Open University)


Discover how Richard Feynman was right at the heart of revolutionising physics 
Dr Robert Lambourne (Department of Physical Sciences, The Open University)
Published on: Thursday 11th April 2013Introductory LevelPosted under: Science, Maths & Technology, Science, Across the Sciences, Physics and Astronomy, Physics



Nguồn :  http://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/science/physics-and-astronomy/revolutionising-physics


 -------------------------------------------------------------------------------------------
 Toán học thuần túy, theo cách của riêng nó, là thi ca của tư duy logic. 
 Pure mathematics is, in its way, the poetry of logical ideas. 

 Albert Einstein .

Cùng đi vào vũ trụ với Stephen Hawking - Into The Universe .

Đi vào vũ trụ với  

Stephen Hawking

- Into The Universe with 

Stephen Hawking  .

Nguồn :  http://tv.zing.vn/into-the-universe-with-stephen-hawking

http://tv.zing.vn/video/Into-The-Universe-With-Stephen-Hawking-Tap-2-Time-Travel/IWZ97DB0.html

http://tv.zing.vn/video/Into-The-Universe-With-Stephen-Hawking-Tap-3-End-The-Story-Of-Everything/IWZ97DBI.html























 -------------------------------------------------------------------------------------------
 Toán học thuần túy, theo cách của riêng nó, là thi ca của tư duy logic.
 Pure mathematics is, in its way, the poetry of logical ideas.

 Albert Einstein .

VŨ TRỤ .

 VŨ TRỤ .

Giới thiệu :  


Vũ Trụ là một trong những bộ phim hoành tráng và thành công nhất của History Channel với 5 seasons. Ngay từ buổi đầu loài người ngắm nhìn những ngôi sao trên bầu trời, những hiểu biết của nhân loại về vũ trụ rộng lớn đã tăng lên không ngừng. Chúng ta biết nhiều hơn rất nhiều về không gian quanh mình so với cách đây một thế kỉ. Chúng ta biết nhiều hơn hẳn so với cách đây 10 năm. Bộ phim Vũ Trụ Season 1 sẽ đưa bạn đến với những kiến thức thiên văn cơ sở. Sự gặp gỡ kỳ diệu của thiên văn và lịch sử, trong 12 giờ chiếu cô đọng và dễ hiểu (14 tập phim), thông qua các mô phỏng đồ họa, bộ phim sẽ cho chúng ta cái nhìn thấu đáo từ những kiến thức thiên văn từ thuở sơ khai đến những khám phá khoa học tân kỳ nhất. Với những cảnh tái dựng bằng máy tính, bạn sẽ được chiêm ngưỡng những góc khuất của những điều đã biết. Một tour du lịch vòng quanh Vũ Trụ sẽ cho bạn thấy một vũ trụ chưa ai từng biết đến: sức hấp dẫn của Chân Trời Sự Kiện của hố đen, rong chơi trên bề mặt Sao Hỏa, và ngụp lặn trên Mặt Trời. Hơn thế nữa, series này sẽ đề cập tới câu hỏi lớn của nhân loại: Liệu chúng ta có phải là duy nhất? Liệu Trái Đất chỉ là một giọt nước nhỏ trong cả đại dương Vũ Trụ? Liệu còn có nơi nào tồn tại sự sống?

Làm phụ đề Việt : HTT Group và Bitvn Translation Team (BTT)
Người dịch: HAAC (tập 1- 6, 8-11), Trần Minh Huyền (tập 13), Lê Minh Ngọc (tập 14), GT (tập 7), Markhieu (tập 13)
Biên tập: Quick, H2O, Cedar, Nguyễn Trọng Chiến, HDP, Gathienology

Tập 1. BÍ ẨN CỦA MẶT TRỜI

Tập phim này sẽ cho ta biết sự hình thành và cái chết giả định của Mặt Trời; cấu trúc vật lý, cách tạo ra năng lượng cũng như bản chất của nhật nguyệt thực, bão Mặt Trời và các vết đen Mặt Trời.

Tập 2. SAO HỎA -- HÀNH TINH ĐỎ

Tập phim nói về sao Hỏa, hành tinh giống Trái Đất nhất trong Hệ Mặt Trời, ngọn Olympus Mons, ngọn núi lửa lớn nhất trong Hệ Mặt Trời, và các sứ mệnh thăm dò của NASA để tìm ra sự sống trong quá khứ trên hành tinh đỏ.

Xem trên YouTube  http://youtu.be/7cw5GkxCn3U

Tập 3. HỒI CÁO CHUNG CỦA TRÁI ĐẤT

Tập phim dựng lên một viễn cảnh ngày tận thế của Trái Đất, trong một vụ va chạm với thiên thạch hoặc sao chổi, hay bão Mặt Trời, hay một vụ bùng phát tia gamma và những kịch bản mà các nhà khoa học dàn dựng để tìm ra phương án ứng phó với các thảm họa từ bên ngoài không gian.





Tập 4. SAO MỘC -- HÀNH TINH KHỔNG LỒ

Tập phim đưa chúng ta đến thăm sao Mộc -- hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời. Chúng ta sẽ khảo sát các thành phần và cấu trúc của nó cùng với một Hệ Mặt Trời mini với hơn 60 mặt trăng -- trong số đó có những mặt trăng có thể tồn tại sự sống.

Tập 5. MẶT TRĂNG

Mặt Trăng đã được hình thành như thế nào, và nó đóng vai trò gì trong sự tiến hóa của sự sống trên Trái Đất chúng ta? Cùng tìm hiểu thêm về các kế hoạch định cư trên Mặt Trăng trong tương lai của NASA.

Tập 6. PHI THUYỀN TRÁI ĐẤT

Cùng tìm hiểu Trái Đất là sự ra đời của nó cùng với sự hình thành của Hệ Mặt Trời. Sự sống đã bắt đầu tại đây như thế nào, và số phận của nó sẽ ra sao?





Tập 7. SAO THỦY VÀ SAO KIM: NHỮNG HÀNH TINH PHÍA TRONG

Tìm hiểu 2 hành tinh khắc nghiệt nhất trong Hệ Mặt Trời -- Sao Thủy và Sao Kim; một hành tinh được chạm trổ bởi những hố thiên thạch, hành tinh kia lại là một nhà kính đầy khí độc và mưa acid; cả hai đều cháy sém do khỏang cách quá gần Mặt Trời. Các nhà khoa học đã giả định một số loại sự sống có thể phát triển trên hành tinh này.

Tập 8. SAO THỔ: CHÚA TỂ NHỮNG CHIẾC NHẪN

Khám phá Sao Thổ và những chiếc vòng tuyệt mỹ. Chúng đã được hình thành như thế nào, những nghiên cứu mới đây đã giải đáp bí ẩn này ra sao và hé lộ những bí ẩn mới về hành tinh khí này. Tập phim cũng khám phá mặt trăng Titan -- nơi chứa đựng lượng dầu mỏ gấp nhiều lần nhu cầu sử dụng trên trái đất.





Tập 9. NHỮNG THIÊN HÀ XA XÔI

Quan sát không gian thông qua những hình ảnh rõ nét từ kính thiên văn không gian Hubble, sự hình thành Ngân Hà và hàng trăm tỉ thiên hà khác trong Vũ Trụ .

Tập 10. CUỘC ĐỜI CỦA MỘT NGÔI SAO

Sự tiến hóa của các ngôi sao, tác dụng của lực hấp dẫn, ma sát và áp suất khiến các phân tử hydro tổng hợp lại bằng phản ứng nhiệt hạch, tạo ra năng lượng và ánh sáng kéo dài hàng tỉ năm, và rồi cuối cùng kết thúc bằng những vụ nổ huy hoàng và kỳ vĩ nhất trong vũ trụ .






------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Chúng ta phải biết và chúng ta sẽ biết .

Hiệu ứng con bướm (Butterfly Effect)

Hiệu ứng con bướm (Con bướm đập cánh ở Brazil có thể gây ra cơn bão lớn ở Texas)

 Đây là bài viết MATHVN 
Xin phép tác giả được đăng tải lại trên Blog Toán - Cơ học ứng dụng  
Trân trọng cám ơn

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

MATHVN 09-12-2010 11:17 5 comments

Bất chấp hàng loạt lý thuyết ra đời trong thế kỷ 20 dẫn tới những cuộc cách mạng đảo lộn vũ trụ quan cổ điển, đến nay tư tưởng chủ đạo của khoa học vẫn là chủ nghĩa tất định (determinism) – tư tưởng cho rằng vũ trụ vận hành theo những quy luật xác định và do đó, về nguyên tắc, khoa học phải dự báo được tương lai một cách chính xác. Nhưng thực ra Tự Nhiên phức tạp, hỗn độn (chaotic) và khó dự đoán hơn ta tưởng rất nhiều: Tính ngẫu nhiên và bất định không chỉ tác động trong thế giới lượng tử, mà ngay cả trong những hệ phức tạp (complex systems) của thế giới vĩ mô. Bản chất bất định và hỗn độn của Tự Nhiên đã được Lý thuyết hỗn độn (Theory of Chaos) mô tả một cách ẩn dụ bởi “Hiệu ứng con bướm” (Butterfly Effect): “Một con bướm vỗ cánh ở Tokyo có thể dẫn tới hậu quả là một cơn bão ở Florida một tháng sau đó”(1).
Lý thuyết hỗn độn đang ngày càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết, bởi vì người ta khám phá ra rằng có rất nhiều hệ phức tạp trong tự nhiên và xã hội chịu sự tác động của “hiệu ứng con bướm”: Từ cơ học thiên thể cho tới các chương trình computers, vấn đề dự báo thời tiết, vấn đề môi trường toàn cầu, hệ thống mạch điện, hiện tượng bùng nổ dịch bệnh, bùng nổ dân số, khủng hoảng kinh tế, vấn đề hoạch định chính sách, v.v.
Tuy phải đợi tới những năm 1960 thì hiện tượng hỗn độn mới được nghiên cứu thành những lý thuyết hệ thống, nhưng thực ra nó đã được khám phá lần đầu tiên từ cuối thế kỷ 19 bởi nhà toán học lừng danh Henri Poincaré – người được gọi là “Mozart của toán học” và là một trong những nhà toán học vĩ đại nhất của mọi thời đại.

1* Henri Poincaré và “bài toán ba vật thể”:

“Bài toán ba vật thể” (Three body problem) do Isaac Newton nêu lên từ năm 1687 trong tác phẩm Principia (Nguyên lý) nhằm nghiên cứu chuyển đông của các thiên thể trong mối quan hệ tương tác hấp dẫn giữa chúng:
Hãy xác định vị trí của 3 vật thể chuyển động trong không gian nếu biết vị trí ban đầu của chúng.
Thoạt nghe, bài toán có vẻ khá đơn giản, nhưng thực ra lại phức tạp và khó đến mức thách thức những bộ óc siêu việt nhất của nhân loại.
Các nhà toán học vĩ đại như Euler, Lagrange, … đã từng lao vào giải, nhưng chỉ tìm được lời giải cho những trường hợp đặc biệt. Đến cuối thế kỷ 19 vẫn chưa có ai tìm được lời giải cho trường hợp tổng quát với n vật thể.
Năm 1887, nhà toán học Gosta Mittag Leffler đã kiến nghị với vua Thụy Điển và Na-uy lúc đó là Oscar II nên mở cuộc thi giải “bài toán ba vật thể” dưới dạng tổng quát để mừng sinh nhật lần thứ 60 của chính nhà vua vào năm 1889. Vua Oscar II chuẩn y và ban bố cuộc thi: Số tiền thưởng không lớn lắm (chỉ bằng khoảng một nửa tiền lương hàng năm của một viện sĩ hàn lâm), nhưng danh dự rất lớn – người thắng cuộc sẽ được coi là người giỏi nhất trong số những người giỏi nhất!
Nhà toán học Pháp Henri Poincaré, lúc ấy 33 tuổi, đang nổi lên như một trong những ngôi sao sáng nhất trên bầu trời toán học, đã mất tới 3 năm trời để giải bài toán, để rồi gửi tới hội đồng giám khảo một lời giải dài dòng và phức tạp đến nỗi hội đồng này không hiểu. Họ đề nghị ông giải thích. Poincaré liền gửi tới hội đồng một bản bình luận tiếp theo dài tới 100 trang để giải thích lời giải của ông. Sau khi hiểu được lời giải, hội đồng giám khảo quyết định trao tặng giải thưởng cho Poincaré. Đó là một sự kiện khoa học gây chấn động dư luận cuối thế kỷ 19.
Nhưng dư luận còn bị chấn động hơn nữa khi lời giải được công bố chính thức trên tạp chí Acta Mathematica (một trong những tạp chí uy tín nhất thời đó), bởi lẽ trong lời giải mới này, Poincaré đã chỉ ra sai lầm của chính ông trong lời giải đã đoạt giải thưởng trước đó: