量子场论：理解宇宙本质的途径|亚原子|宇宙|相对论|粒子|薛定谔|量子场论|量子理论

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物理学为我们提供了一个独特的工具包来探索和理解我们周围的世界。它可以用来解释鸟类的飞行、水结冰的过程或火焰在黑暗中闪烁的原因等现象。然而，值得注意的是，并非所有物理学解释都是简单易懂的。对于那些远离我们日常经验的现象尤其如此。

在众多的物理理论中，爱因斯坦的相对论和量子力学脱颖而出。第一个描述了高速移动的物体的时间如何变慢，以及这些物体如何看起来收缩。第二种理论向我们介绍了亚原子粒子的世界，在这个世界中，概率是至高无上的，精确的测量变得不可能。

我想说挑战这些理论是有一定依据的，或者说科学家们已经找到了一种回到19世纪更直观的物理学的方法，但事实并非如此。事实上，相对论和量子力学已经被很多实验证实，确实有效。无论我们喜欢与否，我们都必须接受这些不寻常的想法作为真理。顺便说一句，值得注意的是，这两种理论都有一百多年的历史了。

科学在不断发展，现代科学观点有时对我们来说比过去的理论更加不寻常和神秘。科学发展的里程碑之一就是起源于 20 年代的传统量子力学。该理论在埃尔文·薛定谔方程（现在称为薛定谔方程）中提出。

这个方程可以解释为什么原子中的电子只能在某些能级和某些位置找到。简而言之，该方程表明电子可以位于一个点或另一个点，但不能同时位于两个点。这是量子理论的本质，根据量子理论，某些量只能取离散值，无论是质量、电荷、位置还是能量。

但值得注意的是，薛定谔方程只是部分量子理论，并没有考虑相对论原理。20 年代末，保罗·狄拉克为量子力学的发展做出了贡献，成功地将其与爱因斯坦的相对论结合起来，为创建成熟的量子理论奠定了基础。

他通过提出包围质子的电场的量子模型克服了这条道路。这种现象被称为“第二次量子革命”。该术语意味着电场是使用量子力学来表示的，从而可以将其与第一次量子革命期间开发的物质排列的量子描述进行综合。在接下来的几年里，这些概念扩展到包括所有亚原子力，特别是强核力和弱核力以及电磁力。

尽管每种力都以自己独特的方式描述，但它们都是当今所谓的量子场论（QFT）的例子。在这个理论的框架内，现代物理学将所有亚原子粒子视为相应场的表现。也就是说，我们遇到的所有粒子都只是这些场中的局部振荡。换句话说，亚原子世界可以想象成一个充满无数不同场的空间——从上夸克场到下夸克场到电子场。这些场相互作用，产生了我们看到的粒子。

该理论也可以作为粒子相互作用的解释。假设我们有一个正在向前移动的电子。电子只不过是电场的局域振荡。当电子发射光子时，从量子场论的角度来看，电子场的部分能量转化为光子场的局域振荡，然后在空间中传播。这是量子场论的关键思想之一。