电磁力,是电荷在电磁场中所受力的统称。这是对电磁力最浅显的认知。
再深入点,有人会知道电磁力是电磁场中带电粒子之间的相互作用。而在量子场论里,电磁场属于规范场,又叫做媒介子场。
电磁力,就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。
但光子,到底是如何在两个电子之间交换的呢?这种交换,是如何表现成我们熟悉的力?
先看看量子电动力学对电磁力的第一种解释。电磁场,是人类最早认识的规范场。
通俗的说,量子化的电磁力理论被称为量子电动力学,它就是用来描述,带电粒子与光子到底是怎么相互作用的。
在量子电动力学的理论体系下,两个带电粒子之间的电磁力,就是通过交换光子实现的。而最能简单、直观地表现粒子之间的这种交换关系,非费曼图不可。
费曼图,是美国著名物理学家费曼,继薛定谔和海森堡后,提出的第三种解释量子力学的方法。因为其能非常直观形象的描述各种粒子的相互作用,而大受欢迎。它将三维空间简化为一个横坐标,纵坐标用来表示时间,所以又叫做“时空图”。
如上图,一个电子在A处发射出一个光子γ ,能量降低,转换为动量;另一个电子在B处吸收一个光子γ ,变成高能电子,然后再释放出光子,能量降低,转换为动量;这光子γ会在两个电子之间被踢来踢去,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。
所以,每个电子的动量变化率,等于另一个电子向它释放的电磁力。
有趣的是,上面只是最简单的一种解释。基于量子诡异的各种特性,在量子理论下还有更深层次的解释。
电磁力的第二种进阶版解释:在溟灭中,无限循环如果考虑到量子更深层的特性话,比如量子涨落。电子在A处在发射出一个光子后,光子可以变成一个“正反电子对”(光子代表能量,量子场论中,能量可以产生虚粒子对),然后正反电子又会相互溟灭而释放出另一个光子,这个光子再被另一个电子在B处吸收。