按現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)模型的解釋，電磁力是電磁場(chǎng)中帶電粒子之間的相互作用，是電磁場(chǎng)的規(guī)范場(chǎng)粒子交換的結(jié)果。而電磁場(chǎng)的規(guī)范場(chǎng)粒子就是光子，所以電磁力是靠帶電粒子間，交換光子產(chǎn)生的。

光子是如何交換的呢？

關(guān)于電磁場(chǎng)中的光子到底是如何交換的？其實(shí)，我們并沒有具體的觀測(cè)到，而它們的交換過程，僅是通過現(xiàn)有的理論推導(dǎo)出來的一個(gè)“虛過程”，也就是一個(gè)假想的過程，而這個(gè)過程中的光子，實(shí)際上是一種“虛光子”，也就是無法觀測(cè)的光子。

以兩個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)為例，在物理學(xué)上最能形象地詮釋這一交換過程的方法就是繪制“費(fèi)曼圖”。

費(fèi)曼圖，是美國(guó)著名物理學(xué)家費(fèi)曼，繼薛定諤和海森堡后，提出的第三種詮釋量子力學(xué)的方法。最大的特點(diǎn)就是通過“看圖說話”的方式闡述粒子們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它將三維空間簡(jiǎn)化為一個(gè)橫坐標(biāo)，而時(shí)間作為其縱坐標(biāo)，所以又叫做“時(shí)空?qǐng)D”。

讓我們通過“費(fèi)曼圖”來看看兩個(gè)電子之間的光子是如何傳遞力的吧。

上圖，一個(gè)電子運(yùn)動(dòng)到A處，發(fā)射出一個(gè)光子γ ，釋放能量轉(zhuǎn)換為反推的動(dòng)量；另一個(gè)電子運(yùn)動(dòng)到B處吸收一個(gè)光子γ ，變成高能電子，然后再發(fā)射光子，釋放能量轉(zhuǎn)換為反推動(dòng)量；兩個(gè)電子之間不停地吸收、釋放，循環(huán)往復(fù)，能量和動(dòng)量就在兩個(gè)電子之間相互傳遞，表現(xiàn)為兩個(gè)電子之間的斥力。

每個(gè)電子的動(dòng)量變化，也就等同于另一個(gè)電子向它釋放的電磁力。

然而，這只是我們推測(cè)出來的最簡(jiǎn)單的一種交換方式，實(shí)際上“虛光子”的交換遠(yuǎn)比這要復(fù)雜得多。

在量子理論下，更深層次的運(yùn)動(dòng)解釋。

在量子理論的體系中，真空是不停發(fā)生著“量子漲落”的能量海。

這意味著什么？我們來看看考慮了“量子漲落”的費(fèi)曼圖。

電子在A處在發(fā)射出一個(gè)光子后，即釋放了能量后，這能量會(huì)在真空中激發(fā)出“虛粒子對(duì)”，“虛粒子對(duì)”又會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)相互湮滅，退激釋放出光子能量，然后循環(huán)往復(fù)，在不知道交換多少次后，這個(gè)光子才被另一個(gè)電子在B處吸收。

這期間的時(shí)間是極短的，但卻又可以看成發(fā)生了無限次的轉(zhuǎn)換，這難以想象的復(fù)雜過程最后表現(xiàn)為兩個(gè)電子之間的電磁力。

電磁場(chǎng)是人類最早認(rèn)識(shí)的規(guī)范場(chǎng)，但其深層次的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律，直至量子力學(xué)出現(xiàn)為止，我們才略窺一二。

但以上的過程，嚴(yán)格來說也只是我們臆想出來的，憑什么說就一定是正確的呢？

朗德因子（g因子）的超精準(zhǔn)預(yù)言，讓我們不得不相信

朗德因子最早來源于經(jīng)典物理和化學(xué)中，是阿爾佛雷德·朗德試圖解釋反常塞曼效應(yīng)時(shí)，提出的一個(gè)常數(shù)，反映的是塞曼效應(yīng)中磁矩與角動(dòng)量之間的聯(lián)系。

塞曼效應(yīng)是指原子在外磁場(chǎng)中發(fā)光譜線發(fā)生分裂且偏振的現(xiàn)象；歷史上首先觀測(cè)到并給予理論解釋的是譜線一分為三的現(xiàn)象，后來又發(fā)現(xiàn)了較三分裂現(xiàn)象更為復(fù)雜的難以解釋的情況，因此稱前者為正常或簡(jiǎn)單塞曼效應(yīng)，后者為反常或復(fù)雜塞曼效應(yīng)。

簡(jiǎn)單來說，就是原子由于自身存在磁矩，在外磁場(chǎng)的作用下，能量會(huì)變大，因此原有的電子能級(jí)就會(huì)發(fā)生分裂。能級(jí)變多，就能輻射出更多的光譜線。

朗德因子相當(dāng)于就是解釋它們之間關(guān)系的一個(gè)常量。后來被推廣到粒子物理領(lǐng)域，稱為g因子。而它的取值，隨著物理學(xué)的發(fā)展，幾經(jīng)變換。

1947年，在考慮量子漲落的情況下，發(fā)展量子電動(dòng)力學(xué)（QED）的朱利安·施溫格等人，先給出的g因子理論計(jì)算值為2.002 319 304 402。

隨后同年，威利斯·蘭姆等人實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到蘭姆位移效應(yīng)，并在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)下將g因子定值為 2.0023193043768（86）。

這個(gè)預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驚人匹配度，讓人不得不相信由量子理論解釋電磁力“虛過程”的正確性。

總結(jié)

現(xiàn)實(shí)世界中，很多我們?cè)詾橐呀?jīng)熟悉的東西，一旦以微觀量子領(lǐng)域的視角來分析，你會(huì)發(fā)現(xiàn)我們竟然變得如此無知。

當(dāng)然這所有的結(jié)論也只是基于我們目前掌握的理論而已，隨著科學(xué)的發(fā)展，下一次顛覆性詮釋，又會(huì)等好久呢？