量子场论

量子场论是把量子力学与狭义相对论结合起来所生长出的框架。在其中，最基本的对象不是粒子，而是场——连续地铺展在整个空间与时间中的量。每一类粒子都有自己的场：有电子场、光子场、夸克场，等等。我们所称的粒子，于是不过是这些底层场中一道局域的涟漪、一份激发的量子。

这种视角的转变，解决了普通量子力学难以优雅处理的问题。在高能下，粒子会被频繁地产生与湮灭——一个光子变成一个电子和一个正电子，粒子从一场碰撞中喷涌而出——而一个粒子数固定的理论，对此根本无从言说。由于一个场可以被任意多次地激发或退激发，量子场论自然地描述了产生与湮灭，因而成了高能物理与相对论性物理的恰当归宿。

量子场论是粒子物理标准模型背后的引擎，是人类所建造过的、检验得最精密的理论。同一套框架也照亮了凝聚态物理，在那里，集体振动以及其他涌现的激发都表现得像自成一类的粒子。诚实地说，这门学科在数学上要求很高，而且仍不完整——引力一直拒绝被纳入其中——但作为对最小尺度上物质与作用力的描述，它取得了非凡的成功。