什么是量子场论?

量子理论解释了自然的力量是如何运作的
什么是量子场论?

量子场论结合了其他的观点量子理论将所有粒子描述为在潜在场中产生的“激发”。20世纪20年代末,英国物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)用他的描述相对论电子(以及大多数其他物质粒子)行为的方程式开始了这一进程。

由尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)和维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)等人在20世纪20年代发展起来的标准量子理论,可以很好地描述单个粒子在孤立和低速下的运动。但要解释它们在现实世界中的相互作用,你需要更多的东西。

特别是,你需要把量子理论和狭义相对论结合起来,狭义相对论是爱因斯坦关于物体高速运动时时空扭曲的理论。狭义相对论说,质量和能量是可以互换的,正如这个方程所体现的那样E=c2海森堡的量子不确定性原理与此同时,他说粒子可以在一定时间内从真空中获取能量。

狄拉克方程的尾部有一个刺:它预测了一种粒子的存在,这种粒子在任何方面都与电子相同,只是电荷相反。正电子,第一个反物质粒子,几年后在宇宙射线中被及时发现。随着量子场论的发展,这是理论家们提出的一系列全新粒子中的第一个,后来这些粒子在现实中出现了。

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两个量子场理论是粒子物理标准模型的核心。这个模型是数十年理论工作的产物,经过实验的精心确认,它通过携带力的玻色子与物质生成费米子的相互作用,涵盖了自然界四种力中的三种。

量子电动力学(QED)是电磁学和弱核力的统一“电弱”理论,它支配着核反应过程,例如放射性衰变,这是至关重要的,例如太阳如何燃烧燃料。

同时,量子色动力学(QCD)是强核力的理论。通过一种叫做胶子的玻色子传播,这种强大的、非常短的力将夸克结合在一起,形成像质子和中子这样的粒子。

标准车型的最高荣誉出现在2012年发现希格斯玻色子预测,几乎五年前。质量是物质最坚实的属性,基本粒子的质量取决于它与希格斯玻色子的相互作用程度。根据1964年首次提出的理论,与希格斯玻色子相关的类似糖蜜的场提供了一种根据粒子类型而变化的阻力。

然而,我们仍然缺乏的是引力的量子场理论。在这四种力中,引力没有粒子附着,而是被爱因斯坦的广义相对论解释为时空的扭曲——完全是另一回事。

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