邁向量子場論
量子場
量子場是量子場論的核心對象:一個在空間與時間的每一點上都有定義的物理量,但它的取值並非普通的數——而是量子算符。你可以把它想像成一組浩瀚得難以想像的、彼此耦合的量子振子,每一點上附著一個,全都與近鄰相連。當這樣一個場處於盡可能平靜的狀態時,那便是真空;當它被激發時,激發以離散的團塊出現,正是我們所辨認的粒子。
每一類粒子都對應於它自己的場。電磁場的量子是光子;電子場的量子是電子。由於整個宇宙只有一個電子場,所有電子才彼此完全相同——它們是同一底層介質中的漣漪,這巧妙地解釋了為何任何兩個電子在任何內稟性質上都不可能有所不同。
場的視角調和了兩件看似格格不入的事實:粒子是局域的、可數的團塊,卻又像波一樣發生干涉與鋪展。作為場,電子是波動的、連續的;作為該場的一份量子,它又以整份整份的單位到來。這並非比喻,而是這套理論字面上的內容,也是物理學家常說「世界是由場構成、粒子不過是它們可聞之音符」的緣由。
field φ(x, t) — an operator at every point; its quanta are particles
每一類一個場;它的所有量子都全同,這正是為何所有電子完全一樣。
量子場並不是經典電磁場再加上一點模糊。它的取值是算符,而非測得的數;你測到的是諸如能量這樣的派生量,以及關鍵的——它激發的粒子數目。
又稱
另見