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higgs机制_用higgs机制解释_存在右手中微子嘛(2)

2016-12-04 22:02 网络整理 教案网

然后再闪回到相对论中。

几何纲领进一步发展,就是后来的场纲领。

就如前面所说,广义相对论将狭义相对论的原理从平直时空推广到了任意几何形态的时空,从而也将结论从时空整体变成了在时空局部成立。

按照这个思路再进一步,我们就可以得到规范的思想——这最早就是Weyl在广义相对论上所作的。我们认为一个属性在时空局部上的变化应该依然是满足物理的,于是Weyl将标度变换作为一个规范元素,得到了Weyl不变量和Weyl张量等等。但这个思想在广义相对论上没发展下去,因为实在没看出有什么苗头,但这个想法却在量子场论中得到了发展。

好,我们现在就穿越到两朵乌云的另一朵上了。

什么是量子场论?

量子理论是一个很宏大的框架,而且,由于历史上的原因,量子顾名思义就被理解为是“一份一份”的。

比如,能量是一份一份的,动量是一份一份的,粒子所在位置是一份份的,电荷也是一份份的。这就是最初展现给我们看到的量子——当然,人生若只如初见,这总是美好的,但事实却不是如此。我们在以后会看到其实量子不一定是这种分立的,反而可能是超连续的,比如路径积分。

量子理论的这一框架的主要思想,被称为量子化——但,很可惜,我们其实不知道究竟什么是量子化,我们只是知道怎么去做量子化。

就好比一个古代人手上拿着计算器,不知道其原理,但能用来计算1+1=2。

是为“知其然不知其所以然”也。

量子理论的诠释,一如力的纲领,有很多种,历史上最有名的(但未必是最正确的)就是哥本哈根诠释,将意识、观测和量子态塌缩联系在了一起,这让很多宗教人士浮想联翩,到今天依然在往这上面浮想,而不愿尘归尘土归土上帝的归上帝凯撒的归凯撒。

量子论在发展的过程中,有一道坎是绕不过去的,那就是相对论所预言的相对论效应。

为了解决这个问题,我们在传统量子理论的基础上发展出了相对论性量子力学——就是将量子理论结合了狭义相对论而搞出来的(作为对比,广义相对论吸收了量子场论也搞了一个东西,不过是半成品,就是弯曲时空的量子场论,这货我看到有民科把玩过,饶是惊人)。

相对论性量子力学还不是量子场论,虽然他们具有惊人相似的外表(也就是数学)。

大家最熟悉的,就是为了能得到相对论效应情况下的哈密顿量,两个人从不同的角度出发,得到了两个著名的公式——从等式左右平方一下玩玩出发,我们得到了克莱茵方程;从把根号硬开出来折腾出发,我们得到了狄拉克方程——由此可见,狄拉克的数学功底就是牛。

这里,这两个方程,连同最早我们所接触的薛定谔方程(别误会,薛定谔方程是一大类方程的通称,狄拉克方程和克莱茵方程也属于薛定谔方程的一种。这里所说的“最早接触的薛定谔方程”是说历史上最早被推演出来的那个方程),计算中所用到的场算符的物理意义都是相同的,那就是描述粒子的量子几率幅的几率波,换言之本身都没有物理意义,而只有描述物理实在的数学意义。

紧接着,我们发现光有这样的薛定谔方程(注意上面的括号所说的内容)还没有用,我们无法描述粒子被创造或者消失掉的过程,因此,在传统量子力学所熟悉的粒子数表象或者说Fock表象的基础上,我们将其与相对论性量子力学结合,就有了所谓的“二次量子化”,描述粒子的波函数本身可以被产生湮灭算符所作用,也被量子化了。到这里,我们就得到了最终版的粒子量子化理论。

当然,我们知道经典物理中也是有场的,并不只有几率幅这种东西。

经典物理中的场是什么?那就是电磁场——在量子理论发展的早期,我们也只知道电磁场是场。本来说不定会认为有电磁场和光场,但电磁力学统一了两者。当然,引力场也是场,不过这不是相对论的天下么?

既然我们可以研究电子的量子行为,那我们自然会去研究电磁场的量子行为,于是经过一连串的折腾,我们鼓捣出了电动力学的量子形式,也就是对电磁场的量子化。