Kvantelektrodynamik (QED) är kvantfältteorin som förklarar hur elektriskt laddade partiklar interagerar med varandra genom utbyte av fotoner (ljus ”kvanta”, eller små paket av ljus). Fotoner, och därför interaktioner i en QED, fortplantar sig med ljusets hastighet. QED kallas en mätteori, med ett matematiskt specificerat mätfält som representerar den elektromagnetiska kraften. Teorin förklarar också magnetism, eftersom magnetism och elektricitet är två manifestationer av samma underliggande kraft, elektromagnetism.
Teorin om QED är en av de mest välverifierade teorierna på jorden, som ibland ger exakta resultat med tio decimaler, och var den första kvantfältteorin som kallas konsekvent och komplett. En förutsägelse gjord av QED visade sig vara korrekt upp till 0038 delar per miljon, förmodligen den mest exakta och exakta fysiska förutsägelsen som någonsin gjorts. Att beräkna korrekta lösningar på beteendet hos system med interagerande delar eller större elektronorbitaler blir exponentiellt svårare när antalet komponenter ökar, med vissa beräkningar som kräver bokstavligen årtionden av arbete för att beräkna och verifiera.
Av de fyra naturkrafterna – elektromagnetism, svag kärnkraft, stark kärnkraft och gravitation – är elektromagnetism förmodligen den lättaste att förklara noggrant, även om det tog många hundra forskare decennier av arbete att förklara den fullt ut. Teorin utvecklades till belåtenhet i slutet av fyrtiotalet, tack vare Sin-Itiro Tomonagas, Julian Schwinger och Richard Feynmans oberoende arbete. De fick 1965 års Nobelpris i fysik för sin insats.
Om elektromagnetism var den enda naturkraften som verkar i universum, skulle QED erbjuda en fullständig redogörelse för dess exakta natur. Men det är det inte, och sökandet fortsätter efter en kvantfältteori som integrerar alla fyra krafterna. Dessutom är det mycket svårt att lösa ekvationer i QED, svårare än konventionella kvantmekaniska problem, eftersom QED är en generalisering av kvantmekaniken till speciell relativitet. De mest kända bilderna förknippade med QED är Richard Feynmans Feynman-diagram, som använder raka och snirkliga linjer för att analysera de olika sätten på vilka partiklar utbyter fotoner för att interagera fysiskt.
Teorin om QED producerar fortfarande matematiska oändligheter i vissa sammanhang, och även om många av dessa problem har lösts kvarstår de på en viss nivå. Ad hoc-renormaliseringsalgoritmer har utvecklats för att jämna ut dessa teoretiska ofullkomligheter. Dessa oändligheter tyder på att QED inte på något sätt är en slutgiltig teori, vilket lämnar framtiden öppen för upptäckten av en mer exakt teori, en som ser elektromagnetism i sammanhanget med de andra tre naturkrafterna.