迈向量子场论
量子场
量子场是量子场论的核心对象:一个在空间与时间的每一点上都有定义的物理量,但它的取值并非普通的数——而是量子算符。你可以把它想象成一组浩瀚得难以想象的、彼此耦合的量子振子,每一点上附着一个,全都与近邻相连。当这样一个场处于尽可能平静的状态时,那便是真空;当它被激发时,激发以离散的团块出现,正是我们所辨认的粒子。
每一类粒子都对应于它自己的场。电磁场的量子是光子;电子场的量子是电子。由于整个宇宙只有一个电子场,所有电子才彼此完全相同——它们是同一底层介质中的涟漪,这巧妙地解释了为何任何两个电子在任何内禀性质上都不可能有所不同。
场的视角调和了两件看似格格不入的事实:粒子是局域的、可数的团块,却又像波一样发生干涉与铺展。作为场,电子是波动的、连续的;作为该场的一份量子,它又以整份整份的单位到来。这并非比喻,而是这套理论字面上的内容,也是物理学家常说「世界是由场构成、粒子不过是它们可闻之音符」的缘由。
field φ(x, t) — an operator at every point; its quanta are particles
每一类一个场;它的所有量子都全同,这正是为何所有电子完全一样。
量子场并不是经典电磁场再加上一点模糊。它的取值是算符,而非测得的数;你测到的是诸如能量这样的派生量,以及关键的——它激发的粒子数目。
又称
另见