Sie können keine Teilchen sehen. Wenn dir jemand sagt, du sollst ein Atom mit deinen bloßen Augen betrachten, wirst du nicht viel Glück haben. Das Gleiche gilt natürlich auch für die Quantenmechanik. Wenn Sie irgendetwas auf der Quantenskala betrachten müssen, werden Sie feststellen, dass dies besonders schwierig ist – und dazu gehören natürlich auch die Teilchenwechselwirkungen.
Das Beste, was Sie tun können, ist also ein Diagramm. Eines der am häufigsten diskutierten und referenzierten Diagramme ist das Feynman-Diagramm, das vor allem in der Quantenteilchenphysik zu finden ist. Der Grund dafür ist, dass das Feynman-Diagramm in der Lage war, die Darstellung von Wechselwirkungen in der Quantenphysik, wie wir sie kennen, zu revolutionieren, indem es den Übergang von Energie sowie den Teilchentransfer auf eine Art und Weise zeigte, die zuvor nicht wirklich physikalisch dargestellt worden war.
Die Feynman-Diagramme können in zwei verschiedene „Ordnungen“ des Denkens unterteilt werden. Man kann sich diese Ordnungen (und die Bereiche dazwischen) wie Pyramiden vorstellen, mit verschiedenen Ebenen. Je nachdem, wo man sich auf der Pyramide befindet, versteht man mehr, weil man mehr unter sich sehen kann.
- Diagramm niedrigerer Ordnung. In diesen Diagrammen erhältst du den grundlegenden Überblick über das, was du wissen musst, und du hast die grundlegenden Theorien und das Verständnis dafür, wie die Teilchen funktionieren.
- Diagramm höherer Ordnung. Je höher die Ordnung des Diagramms ist, desto mehr Informationen erhältst du über die Störung und das Verständnis der Teilchenbewegung. Aber während ein Diagramm die Möglichkeit bietet, einen bestimmten Punkt zu verstehen, ist es in der Physik fast unerlässlich, mehrere Darstellungen zu haben, um alle Gleichungen zu verstehen.
In diesem Sinne kann man sich Feynman-Diagramme besser als Störungsreihen vorstellen, d. h. als eine Reihe von Funktionen, die dort anknüpfen, wo die letzte aufgehört hat, um ein besseres Verständnis für einen bestimmten Gleichungsstrang oder ein bestimmtes Thema zu schaffen.
Bei der Betrachtung der Diagramme tauchen nicht-perturbative Effekte wie das Tunneln nicht auf, was wichtig ist, wenn man versucht, sie zu verstehen. Das ist wichtig, wenn man versucht, sie zu verstehen. Dies geschieht, weil jeder Effekt, der schneller als Null geht, polynomiell ist und die Taylor-Reihe nicht beeinflusst, die relativ häufig in die Feynman-Diagramme passt.
Wenn man sich ein tatsächliches Diagramm ansieht, gibt es ein paar Hauptteile in der Aufschlüsselung.
Das erste, was man sich ansehen sollte, sind die geraden Linien. Im obigen Diagramm stellen diese Linien Elektronen oder Positronen dar, die im Grunde so etwas wie die böse Zwillingsversion des Elektrons sind – sie sind das Gegenteil davon. Die Pfeile zeigen den Weg, auf dem die Energie fließt, oder besser gesagt, die Richtung, in die sich die Elektronen bewegen. Die verschnörkelte Linie steht für Photonen und Gammastrahlungsenergie und wird in den obigen Diagrammen verwendet, um die Bewegung der Elektronen zu überbrücken.
Jedes Diagramm wird in zwei Dimensionen betrachtet, wobei die eine die Zeit und die andere die jeweilige Position im Raum ist.
Obgleich die genaue Positionierung zwischen den Diagrammen variieren kann, je nachdem, ob sie vertikal oder horizontal ist, gelten diese Dimensionen für so ziemlich jedes Feynman-Diagramm, das Sie da draußen sehen werden. Hinzu kommt, dass die Diagramme unterschiedlich komplex sind. Ein einfaches Diagramm wie das obige würde zum Beispiel als Diagramm niedrigerer Ordnung gelten, während etwas Komplexeres in die höhere Ordnung fällt.