Πως τα διαγράμματα Feynman έφεραν επανάσταση στη φυσική. How Feynman Diagrams Revolutionized Physics

In the late 1940s, Richard Feynman invented a visual tool for simplifying particle calculations that forever changed theoretical physics. Mette Ilene Holmriis for Quanta Magazine

Ο Richard Feynman είναι ένας από τους διασημότερους φυσικούς του 20ου αιώνα. Ο Hans Bethe, που τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ φυσικής το 1967, έλεγε για τον Feynman: «Υπάρχουν δυο τύποι μεγαλοφυίας. Στον πρώτο τύπο ανήκουν οι συνηθισμένες ιδιοφυίες, που επιτυγχάνουν εκπληκτικά πράγματα, αλλά σας αφήνουν το περιθώριο να πιστεύετε ότι θα μπορούσατε να κάνετε το ίδιο … εφόσον εργαζόσασταν πολύ σκληρά.  Στον δεύτερο τύπο ανήκουν οι μάγοι, που δεν έχετε ιδέα πως το κάνουν. Ο Feynman ήταν ένας μάγος».

Richard P. Feynman, circa 1955. Credit: SSPL/Getty Images

Οι φυσικοί προς το τέλος της δεκαετίας του 1940 προσπαθούσαν να αναδιατυπώσουν μια σχετικιστική κβαντική θεωρία που να περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις των ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων. Μεταξύ αυτών και ο Feynman ο οποίος βραβεύθηκε για την συνεισφορά του με το Νόμπελ φυσικής το 1965.

Το διάγραμμα Feynman για την διάσπαση βήτα ενός νετρονίου προς ένα πρωτόνιο, ένα νετρόνιο και ένα αντινετρίνο διαμέσου του μποζονίου W.

Ο Feynman εισήγαγε μια οπτική μέθοδο για να απλοποιήσει τους φαινομενικά αδύνατους υπολογισμούς που απαιτούνται στην περιγραφή των αλληλεπιδράσεων των ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων. Με την εργασία του Feynman (και των Dyson, Julian Schwinger και Sin-Itiro Tomonaga), γεννήθηκε μια νέα και βελτιωμένη θεωρία της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής.

Σύμφωνα με τον ιστορικό της επιστήμης David Kaiser, τα διαγράμματα Feynman έφεραν επανάσταση στη θεωρητική φυσική, παρόμοια με την γονιδιωματική επανάσταση στη βιολογία, και συνέβαλαν στην αλλαγή του τρόπου με τον οποίο οι φυσικοί έβλεπαν την φύση και την θέση τους σ’ αυτή.

Το νέο βίντεο του quantamagazine.org μας εξηγεί τι είναι τα διαγράμματα Feynamn. The brilliant physicist Richard Feynman devised a system of line drawings that simplified calculations of particle interactions and helped rescue the field of quantum electrodynamics. Directed by Emily Driscoll and animated by Mette Ilene Holmriis for Quanta Magazine

Δεκαετίες αργότερα, έγινε φανερό ότι η τεχνική του Feynman ήταν σαν μια μηχανή Rube Goldberg. Ακόμα και η σύγκρουση δύο γλοιονίων  που παράγει τέσσερα γλοιόνια με μικρότερη ενέργεια, ένα γεγονός που συμβαίνει δισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο στις συγκρούσεις του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων, περιλαμβάνει 220 διαγράμματα, τα οποία αντιστοιχούν σε χιλιάδες όρους στον υπολογισμό του πλάτους σκέδασης.

Tα τελευταία χρόνια, μια ομάδα φυσικών και μαθηματικών μελετά ένα γεωμετρικό αντικείμενο που ονομάζεται amplituhedron (πλατύεδρο) που απλοποιεί σημαντικά τους υπολογισμούς των αλληλεπιδράσεων των σωματιδίων.

Εν τω μεταξύ, άλλοι φυσικοί ελπίζουν ότι οι αναδυόμενες συνδέσεις μεταξύ των διαγραμμάτων Feynman και της θεωρίας αριθμών μπορούν να βοηθήσουν στην αναγνώριση των μοτίβων που παράγονται από πιο περίπλοκα διαγράμματα. Όπως ανέφερε ο Kevin Hartnett το 2016, η κατανόηση αυτών των μοτίβων θα μπορούσε να κάνει τους υπολογισμούς αλληλεπιδράσεων σωματιδίων πολύ πιο απλούς, αλλά όπως και η προσέγγιση amplituedron, είναι ακόμα μια διαδικασία σε εξέλιξη.

Γλυπτό του Andy Charalambous εμπνευσμένο από το διάγραμμα Feynman της διάσπαση βήτα του νετρονίου.

Τα διαγράμματα Feynman παραμένουν ένα πολύτιμο εργαλείο στη φυσική, επειδή συχνά δίνουν καλές προσεγγίσεις της πραγματικότητας, έγραψε ο Frank Wilczek, ο οποίος βραβεύθηκε με το Νόμπελ φυσικής το 2004: «Μας βοηθούν να κατευθύνουμε τις δυνάμεις της οπτικής φαντασίας μας σε κόσμους που δεν μπορούμε πραγματικά να δούμε.»

Πηγές: https://www.quantamagazine.org/how-feynman-diagrams-revolutionized-physics-20190514/ - https://physicsgg.me/2019/05/16/πως-τα-διαγράμματα-feynman-έφεραν-επανάστασ/