本書的材料, 基本上是1953 年在加利福尼亞理工學(xué)院開設(shè)的三學(xué)期量子力學(xué)課程中最后一學(xué)期課堂筆記的內(nèi)容. 實(shí)際上, 中間一學(xué)期就講授過(guò)一些光與物質(zhì)相互作用的問(wèn)題, 這些內(nèi)容也收集在本書中, 作為前六講. 從第七講起,開始講述相對(duì)論性理論.
本書的目的是, 以盡可能簡(jiǎn)單易懂的方式介紹量子電動(dòng)力學(xué)的主要結(jié)果和計(jì)算過(guò)程. 有許多攻讀實(shí)驗(yàn)物理學(xué)學(xué)位的學(xué)生, 并不打算繼續(xù)研讀更高深的理論物理研究生課程, 這門課就是為他們的需要而設(shè)置的. 我希望, 他們能夠?qū)W會(huì)怎樣計(jì)算光子過(guò)程的各種截面, 這些截面對(duì)于設(shè)計(jì)高能物理實(shí)驗(yàn), 例如使用加利福尼亞理工學(xué)院迴旋加速器的實(shí)驗(yàn), 是十分重要的. 因此, 本書沒(méi)有涉及理論物理學(xué)家在處理更復(fù)雜的_ 介子和核子相互作用問(wèn)題時(shí)要用到的許多量子電動(dòng)力學(xué)內(nèi)容. 也就是說(shuō), 書中沒(méi)有討論量子電動(dòng)力學(xué)許多不同公式化體系之間的關(guān)系, 如場(chǎng)的算符表示, 也沒(méi)有明顯討論S 矩陣性質(zhì)等等. 在更高深的量子場(chǎng)論課程里會(huì)有這些內(nèi)容的. 盡管如此, 本課程仍能自成體系. 這很像講授Newton定律的課程, 即使刪去了最小作用量原理或者Hamilton方程這樣一些內(nèi)容, 但從物理學(xué)角度來(lái)講, 它仍能完整地討論整個(gè)力學(xué).
把初等量子力學(xué)和量子電動(dòng)力學(xué)放在一門課程里只講授一年, 這是一種試驗(yàn). 這樣做是基于這樣的想法: 為了進(jìn)入新的物理學(xué)領(lǐng)域, 學(xué)生必須牢固地掌握先前教學(xué)階段的內(nèi)容. 頭兩個(gè)學(xué)期安排的是普通量子力學(xué), 采用Schiff的書作為主要參考書(刪去了同量子電動(dòng)力學(xué)有關(guān)的X, XII, XIII 和XIV 各章).不過(guò), 為了能夠順利地講授本課程后面的內(nèi)容, 我們以式(15-3) 至(15-5) 所表述的方式, 對(duì)傳播子理論和勢(shì)散射作了詳細(xì)介紹. 另一獨(dú)特之點(diǎn)是將非相對(duì)論P(yáng)auli方程寫成本書第4 頁(yè)中的形式.
這次試驗(yàn)并不成功. 全部?jī)?nèi)容要一年講完顯得過(guò)多了.因此, 本書中有很多內(nèi)容, 現(xiàn)在是放在上過(guò)整整一年量子力學(xué)研究生課程以后再來(lái)講授.
本書是根據(jù)A. R. Hibbs 記錄的原始筆記, 后經(jīng)H. T. Yura 和E. R. Huggins編輯和修改整理而成的.
——R. 費(fèi)曼
作者簡(jiǎn)介：
理查德?菲利浦斯?費(fèi)曼（1918－1988），著名美國(guó)物理學(xué)家，加州理工學(xué)院物理系教授，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主。
1918年5月11日，費(fèi)曼出生于紐約市皇后區(qū)。童年時(shí)，費(fèi)曼接受了來(lái)自父親的科學(xué)啟蒙教育，父親所啟發(fā)的思考方式影響了費(fèi)曼的一生。高中畢業(yè)后進(jìn)入麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí)，并于1939年獲得學(xué)士學(xué)位。隨后進(jìn)入普林斯頓大學(xué)念研究生，師從約翰?惠勒，1942年獲得理論物理學(xué)博士學(xué)位。1943年進(jìn)入洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，參與了曼哈頓計(jì)劃。1945年費(fèi)曼開始在康奈爾大學(xué)任教，1951年轉(zhuǎn)入加州理工學(xué)院。在加州理工學(xué)院期間，因其幽默生動(dòng)、不拘一格的講課風(fēng)格深受學(xué)生歡迎。1963年出版《費(fèi)曼物理學(xué)講義》。1965年，費(fèi)曼因在量子電動(dòng)力學(xué)方面的貢獻(xiàn)與施溫格、朝永振一郎共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1972年獲得奧斯特教學(xué)獎(jiǎng)?wù)隆?986年，費(fèi)曼受委托調(diào)查挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)失事事件。1988年2月15日，費(fèi)曼因腹膜癌于加州洛杉磯與世長(zhǎng)辭。
在學(xué)生時(shí)期，費(fèi)曼就表現(xiàn)出了不凡的研究能力。他的大學(xué)畢業(yè)論文題目是《分子中的力》，在這篇論文中，他提出了費(fèi)曼-海爾曼定理。在整個(gè)科研生涯中，費(fèi)曼在物理學(xué)的大部分領(lǐng)域都有建樹。其最大的學(xué)術(shù)成就在于量子電動(dòng)力學(xué)，這方面的研究使他獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。他在這一領(lǐng)域做出了兩項(xiàng)重大貢獻(xiàn)：一是路徑積分形式，這種形式從經(jīng)典力學(xué)中的最小作用量原理延伸出來(lái)，通過(guò)“對(duì)歷史求和”來(lái)處理量子力學(xué)問(wèn)題，這是有別于薛定諤的波動(dòng)力學(xué)及海森伯的矩陣力學(xué)的第三種量子力學(xué)形式；二是費(fèi)曼圖，這一工具大大簡(jiǎn)化了量子場(chǎng)論的計(jì)算。費(fèi)曼的研究工作還包括：低溫下液氦的超流動(dòng)性理論；弱相互作用的V-A理論；強(qiáng)相互作用的部分子理論等。
費(fèi)曼不僅是一位頂尖的科學(xué)家，同時(shí)也是一名優(yōu)秀的教師。費(fèi)曼非常熱愛(ài)教學(xué)工作，他曾寫道：“我不相信，如果不教書我還能過(guò)得下去……教學(xué)和學(xué)生使我的生命得以延續(xù)。如果有人給我創(chuàng)造一個(gè)很好的環(huán)境，但是我不能教學(xué)的話，那我永遠(yuǎn)不會(huì)接受它，永遠(yuǎn)不會(huì)�！� 20世紀(jì)60年代初，美國(guó)一些理工科大學(xué)鑒于當(dāng)時(shí)的大學(xué)基礎(chǔ)物理教學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不相適應(yīng)，紛紛試行教學(xué)改革。在這個(gè)背景下，費(fèi)曼參與了加州理工大學(xué)基礎(chǔ)物理的改革嘗試。他從1961年9月到1963年5月，作了跨越兩個(gè)學(xué)年的有關(guān)基礎(chǔ)物理學(xué)的演講。他的演講經(jīng)過(guò)萊頓和桑茲的整理以后，出版了一套《費(fèi)曼物理學(xué)講義》。《科學(xué)美國(guó)人》這樣贊譽(yù)這套書：“盡管這套教材深?yuàn)W難懂，但是它的內(nèi)容豐富而且富有啟發(fā)性……它已經(jīng)成為講師、教授和低年級(jí)優(yōu)秀學(xué)生的學(xué)習(xí)指南�！背恕顿M(fèi)曼物理學(xué)講義》之外，費(fèi)曼還有許多優(yōu)秀的著述，包括：《量子力學(xué)與路徑積分》《量子電動(dòng)力學(xué)講義》《基礎(chǔ)過(guò)程理論講義》《統(tǒng)計(jì)力學(xué)講義》《光子-強(qiáng)子相互作用》《引力學(xué)講義》《計(jì)算講義》等。這些書無(wú)不有鮮明的“費(fèi)曼風(fēng)格”，即對(duì)基本概念、定理和定律的講解生動(dòng)清晰、通俗易懂，而且特別注重從物理上作出深刻的敘述，反映了費(fèi)曼自己以及其他在前沿研究領(lǐng)域工作的物理學(xué)家所通常采用的分析和處理方法。無(wú)論對(duì)于學(xué)生還是教師，這些書都有著極大的參考價(jià)值。
費(fèi)曼被認(rèn)為是20世紀(jì)誕生于美國(guó)的最偉大的物理學(xué)家，一個(gè)獨(dú)辟蹊徑的思考者，超乎尋常的教師，盡善盡美的演員，一個(gè)熱愛(ài)生活和自然的人。費(fèi)曼的一生多彩多姿，他不僅對(duì)理論物理學(xué)做出了巨大貢獻(xiàn)，同時(shí)還是一位探險(xiǎn)者、鼓手、藝術(shù)家和瑪雅文專家。
目錄：
序
—、光與物質(zhì)的相互作用——量子電動(dòng)力學(xué)
第1講
Fermi方法的討論
第2講
量子電動(dòng)力學(xué)規(guī)則
第3講
第4講
光的吸收
第5講
偶極近似中的選擇定則
第6講
輻射平衡
光散射
自能
二、狹義相對(duì)論基本原理及主要結(jié)論概述
第7講
第8講
真空中Maxwell方程的解
相對(duì)論粒子力學(xué)
三、相對(duì)論波動(dòng)方程
第9講
單位
Klein—Gorclon、Pauli方程和Dirac方程
第10講
□矩陣代數(shù)
等價(jià)變換
相對(duì)論不變性
Dirac方程的Hamilton形式
第11講
Dirac方程的非相對(duì)論近似
第12講
四、自由粒子Dirac方程的解
第13講
運(yùn)動(dòng)電子自旋的定義
波函數(shù)歸—化
第14講
求矩陣元的方法
負(fù)能態(tài)的解釋
五、量子電動(dòng)力學(xué)中的勢(shì)問(wèn)題
第15講
正負(fù)電子對(duì)產(chǎn)生及其湮沒(méi)
能量守恒
傳播子
第16講
傳播子K+(2，1)的應(yīng)用
躍遷概率
Coulomb勢(shì)對(duì)電子的散射
第17講
自由粒子傳播子的計(jì)算
第18講
動(dòng)量表象
六、粒子與光相互作用的相對(duì)論處理
第19講
原子輻射
原子中電子對(duì)□射線的散射
關(guān)于末態(tài)密度的補(bǔ)充
ComDton輻射
第20講
第21講
正負(fù)電子對(duì)湮沒(méi)為雙光子
第22講
靜止正電子湮沒(méi)
軔致輻射
正負(fù)電子對(duì)產(chǎn)生
第23講
矩陣元對(duì)自旋態(tài)求和的方法
原子中CouloIIlb場(chǎng)的屏蔽效應(yīng)
第24講
七、幾個(gè)電子的相互作用
第25講
量子電動(dòng)力學(xué)“規(guī)則”的推導(dǎo)
電子—電子散射
八、某些修正項(xiàng)的解釋與討論
第26講
電子—電子相互作用
電子—正電子相互作用
電子偶素
電子之間，正電子之間或電子—正電子之間的雙光子交換
第27講
電子的自能
出現(xiàn)在量子電動(dòng)力學(xué)中積分的積分法
第28講
自能積分以及外勢(shì)
在外場(chǎng)中的散射
第29講
偽“紅外災(zāi)難”的消除
第30講
研究紅外困難的另—途徑
對(duì)原子中電子的影響
第31講
封閉圈過(guò)程，真空極化
勢(shì)對(duì)光的散射
九、Pauli原理和Dirac方程
A．附錄
A．1 躍遷概率公式中的數(shù)值因子
A．2 正電子理論
A．3 量子電動(dòng)力學(xué)的時(shí)空協(xié)變方法
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