每有人发现一座史前洞穴，科学家们往往会看到洞穴墙壁上有小画或涂鸦。我们可以借此了解史前时代的人们是如何生活的，比如，我们可以推断出他们打猎的对象是什么动物。如果在未来几千年后，人们发现一个实验室的废墟，墙上有一些涂鸦，他们将很难弄清这些是小孩子信手乱画的，还是对量子色动力学复杂过程的描述。如果用所谓的“费曼图”的语言来书写量子色动力学的过程，未来的人们就会出现这种困惑。
粒子物理学家的语言
它是粒子物理学家交流的主要语言（仅次于英语），他们用它来描述粒子物理学的全部内容：基本粒子之间的相互作用。通过力的载体粒子（玻色子）的交换来描述物质粒子（费米子）之间相互作用的框架就是它的标准模型。它可以通过公式来计算所有不同类型的过程，而且有的公式相当复杂。费曼图能以几条线的形式描绘出这些非常复杂的方程和公式。你只需要用线条来表示粒子，并按照标准模型的规则和自然界的守恒定律把它们连在一起就行了。
当然，这些图带来了一个问题。一个物理过程是在四个维度上发生的：空间中的位置有三个维度，时间有一个维度。但如果你在纸上画东西，你只有两个维度。你尽可以努力在纸上画一个三维的立方体。可现在要求你画一个四维的。不是那么容易，对吧？物理学家决定把用于空间的三个维度简化为一个。纸上剩下的第二个维度就用来画时间。好了，现在我们有了时空。让我们放一些粒子进去吧！
给线条以意义
所有的粒子都用线条表示：费米子用实线表示，光子用波浪线表示，胶子用圈线表示，而W、Z和希格斯玻色子用虚线表示。费米子线还有一个箭头，它表示粒子在时间上的行进方向。“嘿”，你可能会说，“每个粒子在时间上当然都是往前走的啦！”这倒是真的。但反粒子是由指向时间后方的箭头表示的。这可能看起来很奇怪。但从数学上看，反物质在时间上向前传播和物质在时间上向后传播是没有区别的。
现在你可以把玻色子和费米子连在一起了。粒子之间的连接被称为“顶点”，用一个点表示。不要忘了，只有可以相互作用的东西才能连在一起！例如：只有带电粒子才能参与电磁相互作用，因此它可以与光子相连。记住不要违反任何自然界的守恒定律！在我们看一些例子之前，我们应该先谈谈“实粒子”和“虚粒子”的概念。所有我们在自然界中可以观察到的，我们可以直接或间接“看到”的东西，都是真实的。真实的粒子在时间轴的起点进入费曼图，在终点离开。“虚粒子”是指从中间开始并停留在中间的东西。如果你按照电磁相互作用描述两个电子相互排斥的过程，交换的光子将是虚粒子，你将永远无法观察到它。虚粒子在海森堡不确定性原理中起着至关重要的作用。最后我们来看一下三个例子。每一个例子中，水平的x轴都表示时间，垂直的y轴表示空间。这意味着事件从左侧开始，向右侧发展。
第一个例子是两个电子（e）。它们交换了一个虚光子并相互排斥。你可以看到光子交换后，两个电子发生的排斥，它们的线条在垂直（空间）方向上背离彼此移动。第二个例子里展示了一个更复杂一些的过程：一个电子和一个正电子（箭头指向后方）相遇并湮灭为两个光子。这一次，光子是真实的，它们从图的右侧离开。你也可以看到，最后电子和正电子都消失了。左边的费米子线以电子的形式进入图中，以正电子的形式离开，很好地说明了物质/反物质守恒，即在反应中粒子和反粒子的数量差不会改变。因此，电子和正电子相遇并湮灭，这个过程看起来就像一个电子释放出两个光子后在时间上逆行。最后一个例子展示了β衰变的过程：一个中子转化为质子，而中子的一个下夸克通过发射一个虚的W玻色子而转化为上夸克，衰变后又化为一个电子（e）和一个电子-反中微子（v）。关于这个过程的详情在“弱相互作用”一节中进行了解释。你可以想象，还有许多更复杂的过程可以发生，此处不再赘述。
不只是线条！
请注意，费曼图中每一条线和顶点都对应着一个数学表达式，该表达式被用来计算相应过程的性质。例如，你可以在第三个例子中计算出中子的寿命。一般来说，费曼图提供了这些过程的概率。从简单的费曼图导出的数学表达式相当复杂。
让我们以一类非常特殊的费曼图来结束本节吧。我们姑且不谈这个过程本身（你应该明白为什么不谈，因为说起来太复杂），而是聊聊它背后的故事。这要从瑞士日内瓦附近的CERN实验室周边的一家酒吧说起。理论物理学家约翰·埃利斯和一位同事在那里玩起了飞镖。他们打了个赌，万一埃利斯输了，他必须在自己的下一篇论文中加入“企鹅”这个词。对于一个在基本粒子物理学领域工作的人来说，这不是一件容易的事。游戏还没结束，他的同事就离开了，但他的另一位同事却接手了那位同事的工作，然后打败了埃利斯。他不知道如何将企鹅放进论文里。结果有一天晚上，他拜访了一些朋友，度过了一个让人振奋的夜晚。突然间，他冒出来一个灵感：他的论文中有张费曼图看起来像一只企鹅（见上图）！至少在他看来是这样的。你自己看看吧！
你能从中看出企鹅吗？如果你喜欢的话，你可以试着把它画在图上。关于“企鹅图”这个名字的由来的完整故事，你可以在网上找到。
