量子电动力学

事实上，物理定律的精确性超越了文化间的差异。它们基本上是数学公式，没有中文、埃塞俄比亚文或玛雅文字的奥妙，也不会因名词的阴阳属性而有所变异。我们甚至有理由假设，任何先进的外层空间文明如果拥有核武器并且能够发射宇宙飞船，也必定发现了相同的物理定律。而且，他们的物理学可以根据点到点、集合到点、点到集合等对应关系，翻译成人类所具有的同等符号。

我们能最准确测量到的是电子。单一的电子小得几乎不能想象。在传统的认知架构中，物体是在三维空间移动，但当电子被抽象化成一组具有概率性分布的能量波后，几乎无法以这种传统方法来观测（一般量子物理中的现象大多如此。）但是，我们确知单一电子带有1.6×10-19库伦的负电荷，静止时的质量是9.1×10-28克。由这些和其他一些可验证的数值，我们可以精确推导出电流、电磁波谱、光电效应和化学键结的性质。

统一这些基本现象的理论，是由图示和方程式所构成的量子电动力学（quantum electrodynamics，简称QED）。量子电动力学把每个电子的位置和动量，当成空间中的波函数或个别粒子来处理，还进一步假设电子能恣意发射和重新吸收光子（photon）。光子是不具质量却带有电磁力的独特粒子。(www.daowen.com)

在自然科学上，理论预测和实验数据最吻合的状况，来自电子所具有的一个特性：磁矩（magnetic moment）。磁矩所测量的是电子和磁场之间的作用力；更准确地说，电子在磁场中所体验的最大力矩，除以该电子所受的磁感应，就是磁矩。我们真正有兴趣的是旋磁比（gyromagnetic ratio），也就是磁矩再除以角动量。理论物理学家预测旋磁比时，在计算中包括了两个因素：狭义相对论，以及光子发射、再吸收光子时所造成的微扰。量子电动力学预期这两个因素会使得计算出的旋磁比，和以往由古典原子物理学推导出的数值有些微的差异。

另一方面，原子科学家也独立作业，依照自己的方法直接测量旋磁比。他们以革新的技术，把单一电子关在电磁瓶（magnetic-electric bottle）内，然后长期观测研究。他们由这个实验得到的数据，和理论预测的结果只相差千亿分之一。这个由理论学家和实验物理学家一起共同实现的准确度，相当于由旧金山向东发射一根针，并准确地预测，它会以比人类头发还细的误差，落在（与旧金山几乎同一纬度的）华盛顿附近的某一定点上。[1]

[1]关于量子电动力学和电子性质的测量，来自David J. Gross, “Physics and mathematics at the frontier”, Proceedings of the National Academy of Sciences, USA, 85: 8371-8375(1988); John R. Gribbin, Schrödinger’s Kittens and the Search for Reality: Solving the Quantum Mysteries (Boston: Little, Brow, 1995)。我用一根飞越美国的针来描述量子电动力学的准确性，这个例子得归功于Gribbin。