量子电动力学（Quantum Electrodynamics，简称QED）是描述电磁相互作用的量子场论，它是第一个完全发展的规范理论。QED成功地将量子力学的原理与电磁场的经典理论相结合，为电子、正电子、光子（电磁场的量子）之间的相互作用提供了一个精确的描述框架。这一理论不仅对物理学的发展产生了深远影响，也为后来的规范理论，如量子色动力学（QCD）和统一电弱理论奠定了基础。 发展历程早期尝试量子电动力学的发展始于1920年代，当时物理学家试图将新兴的量子力学与麦克斯韦的电磁理论结合起来。最初的尝试包括泡利和狄拉克等人的工作，他们试图为电子引入量子化的电磁场。 重要突破1940年代，理查德·费曼、朱利安·施温格和朝永振一郎等人独立发展了QED的现代形式。他们引入了规范不变性的概念，这是一种对物理定律形式在不同参考系下保持不变的要求。规范不变性成为了QED的核心原则之一。 规范对称性QED基于U(1)规范对称性。这意味着理论中的所有方程都保持不变，即使在局部对电磁势进行相位变换（规范变换）的情况下也是如此。这种对称性要求引入了一个规范场（在QED中是光子场），它的动力学和相互作用方式完全由规范对称性决定。 QED的基本内容费曼图费曼图是一种直观表示粒子如何通过交换光子（规范玻色子）来相互作用的图形工具。每个图形都对应于数学上的一个项，这些项共同构成了所谓的散射振幅，从而可以计算出粒子相互作用的概率。 虚粒子QED中的交互作用通常涉及所谓的“虚粒子”，这些粒子在交互过程中存在，但不能直接观测。例如，两个电子之间通过交换一个虚光子来斥力相互作用。 重整化QED在理论上面临无限大问题（发散），这通过重整化技术得到解决。重整化是一种数学程序，用于重新定义理论中的基本参数（如电荷和质量），以便消除无限大并得到有意义的物理预测。 影响与应用QED不仅解释了原子尺度上的电磁现象，还精确预测了诸如电子磁矩和氢原子能级结构等量。此外，QED是粒子物理标准模型的基石之一，它为理解弱相互作用、强相互作用以及这些力与电磁力之间的关系提供了框架。QED在技术上也有应用，包括在精密测量和量子计算领域。 总之，量子电动力学是现代物理学中最成功的理论之一，它不仅提供了对自然界基本力之一的深刻理解，还展示了规范理论的强大和美丽。