纵览网丨从实物到场：量子场论揭示宇宙奥秘

爱因斯坦说过，世界上有两种实在的东西：实物和场。

实物很好理解，“手机”“电脑”这些看得见摸得着的东西。

那场是什么呢？

量子力学的进阶理论是量子场论。物理专业大学本科学习量子力学，研究生阶段才开始学习量子场论，量子场论是现代物理学的根基，“标准模型”就是建立在量子场论的基础上，“弦论”也是一种特殊的量子场论。

量子场论还是一种全新的世界观。宇宙万物都来源于“场”。

接下来就给大家科普一下量子场论。

“场”是空间里每个点长出来的“物理量”，这个物理量可以是一个数字，可以是一个向量，也可以是一个旋量。

比如说温度场，空间每个点都有一个数字，也就是温度的大小。比如说风速场，空间每个点都有一个向量，表示风速的大小和方向。

空间里所有的“数字和向量”集合起来，就构成了一个场，温度场，风速场都是“传统场”。今天我们主要讲量子场，后面出现的场默认是量子场。

量子场有四条基础规则。

第一，每一种粒子对应着一种场，比如说电磁波对应着电磁场，夸克对应着夸克场，电子对应着电子场，中微子对应着中微子场等等。

各种场在宇宙里面无处不在。即使是空无一物的真空，也充满了各种场。并且各种场会叠加在一起，在同一个点，同时存在。所有的场都是无处不在的。

第二，场有两种状态，基态和激发态。你可以把场想象成海水，要么处于风平浪静的基态，要么在某些点处于“巨浪滔天”的激发态。

场可以波动。给场增加一份能量，场就会在内部某个点给你激发出一个粒子。比如说给电磁场一份能量，电磁场就会激发出一个电磁波。

宇宙里面的电子为什么基础属性都一样？

就是因为宇宙里面，只有一个电子“场”，所有的电子，都是同一个电子“场”激发出来的。

第三，场的能量降低一个台阶，就会凐灭一个粒子，并且把自己的能量交换给其他的场。两个电子原来携带的能量会被无处不在的电磁场吸收，最后在电磁场里，激发出一个电磁波，因此粒子的诞生或消失本质上是场之间交换能量。

第四，真空里面，所有场都处于能量最低的基态。因为所有场都风平浪静，所以真空没有足够的能量激发出粒子，但是能量最低不代表能量等于0。

场不会完全静止，而是会随机微小涨落。比如说真空里的电磁场。它的能量一直在0附近微小涨落。

如果把一颗电子放到真空里面，电子的能量也因此有微小的改变，这就是“兰姆位移”现象。“兰姆位移”获得了1955年诺贝尔物理学奖。

我们可以总结一下。

1.每一种粒子对应着一种场，每种场在宇宙中无处不在。

2.场能量增加会激发粒子，场能量降低会凐灭粒子。

3.真空是所有场的能量最低状态，真空里的场会随机涨落能量。

4.场跟粒子一样，也有质量，能量，动量和角动量

这就是量子场论的世界观。

因为电子来源于“电子场”的能量激发，夸克来源于“夸克场”的能量激发，电磁波来源于“电磁场”的能量激发。

所以标准模型里面，所有粒子都来源于场的能量激发。因此世间万物都来源于场的能量激发，宇宙就是各种场的叠加，场和场之间的互相作用，驱动着物质的运动和变化。

世间万物来源于场是现代物理学的共识，并且有大量的实验证据。国内外每个学校物理专业的研究生，都要学习量子场论。

那么，场和粒子哪个更本质？

很多物理学家认为“场比粒子更本质”，少量物理学家认为“粒子比场更本质”，还有一些物理学家认为“场和粒子是同一东西”，我个人更倾向于最后一种观点。

场和粒子是同一物质的两个不同的观察角度，场更多的是从“空间和向量”的角度来观察物质，粒子更多的是从“时间和运动的角度”来观察物质。

场可以激发出粒子，粒子反过来也可以构造场算符，场算符是在二次量子化的时候，由物理学把“波函数”升级而成的。

物质有两种形态：粒子和场，这句话很重要。

这也证明了文章开头爱因斯坦说的，世界上有两种实在的东西：实物和场。