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按现在标准模型的解释，电磁力是电磁场中带电粒子之间的相互作用，是电磁场的规范场粒子交换的结果。而电磁场的规范场粒子就是光子，所以电磁力是靠带电粒子间，交换光子产生的。 光子是如何交换的呢？关于电磁场中的光子到底是如何交换的？其实，我们并没有具体的观测到，而它们的交换过程，仅是通过现有的理论推导出来的一个“虚过程”，也就是一个假想的过程，而这个过程中的光子，实际上是一种“虚光子”，也就是无法观测的光子。 以两个电子的运动为例，在物理学上最能形象地诠释这一交换过程的方法就是绘制“费曼图”。 费曼图，是美国著名物理学家费曼，继薛定谔和海森堡后，提出的第三种诠释量子力学的方法。最大的特点就是通过“看图说话”的方式阐述粒子们的运动状态，它将三维空间简化为一个横坐标，而时间作为其纵坐标，所以又叫做“时空图”。 让我们通过“费曼图”来看看两个电子之间的光子是如何传递力的吧。 上图，一个电子运动到A处，发射出一个光子γ ，释放能量转换为反推的动量；另一个电子运动到B处吸收一个光子γ ，变成高能电子，然后再发射光子，释放能量转换为反推动量；两个电子之间不停地吸收、释放，循环往复，能量和动量就在两个电子之间相互传递，表现为两个电子之间的斥力。 每个电子的动量变化，也就等同于另一个电子向它释放的电磁力。 然而，这只是我们推测出来的最简单的一种交换方式，实际上“虚光子”的交换远比这要复杂得多。 在量子理论下，更深层次的运动解释。在量子理论的体系中，真空是不停发生着“量子涨落”的能量海。 这意味着什么？我们来看看考虑了“量子涨落”的费曼图。 电子在A处在发射出一个光子后，即释放了能量后，这能量会在真空中激发出“虚粒子对”，“虚粒子对”又会在极短时间内相互湮灭，退激释放出光子能量，然后循环往复，在不知道交换多少次后，这个光子才被另一个电子在B处吸收。 这期间的时间是极短的，但却又可以看成发生了无限次的转换，这难以想象的复杂过程最后表现为两个电子之间的电磁力。 电磁场是人类最早认识的规范场，但其深层次的运转规律，直至量子力学出现为止，我们才略窥一二。 但以上的过程，严格来说也只是我们臆想出来的，凭什么说就一定是正确的呢？ 朗德因子（g因子）的超精准预言，让我们不得不相信朗德因子最早来源于经典物理和化学中，是阿尔佛雷德·朗德试图解释反常塞曼效应时，提出的一个常数，反映的是塞曼效应中磁矩与角动量之间的联系。 塞曼效应是指原子在外磁场中发光谱线发生分裂且偏振的现象；历史上首先观测到并给予理论解释的是谱线一分为三的现象，后来又发现了较三分裂现象更为复杂的难以解释的情况，因此称前者为正常或简单塞曼效应，后者为反常或复杂塞曼效应。 简单来说，就是原子由于自身存在磁矩，在外磁场的作用下，能量会变大，因此原有的电子能级就会发生分裂。能级变多，就能辐射出更多的光谱线。 朗德因子相当于就是解释它们之间关系的一个常量。后来被推广到粒子物理领域，称为g因子。而它的取值，随着物理学的发展，几经变换。 1947年，在考虑量子涨落的情况下，发展量子电动力学（QED）的朱利安·施温格等人，先给出的g因子理论计算值为2.002 319 304 402。 随后同年，威利斯·兰姆等人实验观测到兰姆位移效应，并在实验数据下将g因子定值为 2.0023193043768（86）。 这个预测的结果与实验结果惊人匹配度，让人不得不相信由量子理论解释电磁力“虚过程”的正确性。 总结现实世界中，很多我们原以为已经熟悉的东西，一旦以微观量子领域的视角来分析，你会发现我们竟然变得如此无知。 当然这所有的结论也只是基于我们目前掌握的理论而已，随着科学的发展，下一次颠覆性诠释，又会等好久呢？ |
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