94、经典场与量子场(2 / 2)

科学的逻辑 碳原子516 2604 字 2021-04-20

量子场的特征足以改变我们头脑中传统场论的印象,很小的试探电荷以及测量过程对场空间分布的影响可以忽略的情形,只出现在量子效应可以忽略的宏观世界之中。由于试探电荷再小也不能小于元电荷,测量过程再弱,也不能忽略它对量子体系的扰动,使得经典场与量子场之间存在本质上的区别。

经典场论中出现的无穷大一般是由于场具有无穷多的自由度,或者在极小的空间尺寸里经典场论不再适用导致的,将经典场进行量子化即可消除这些无穷大。这迫使我们改变头脑中关于经典场的印象,那些经典场的图像是量子场在大尺度上的平均效果。如同温度的概念在粒子数很少的微观尺度上不再有意义,经典场在小尺度上也不再成立。

量子场中的无穷大可以通过重整化方式消除,因此从现代意义上来看,这种无穷大不再是一种本质上的无穷,而更像是一种数学上的无穷。但是作为经典场论中最高成就的广义相对论却仍然没有实现量子化,量子引力必然需要引入极为新奇的思想方能破局。

经典场本身已经无法通过测量确定出严格的空间分布,因为这需要试探“电荷”测量无穷多次,量子场就更难以实现对场分布的测量了。对于一个弥散在空间中的波函数,测量过程将导致其中一个地点瞬间出现一个粒子,而其它地方的波函数瞬间消失,这种波函数的坍缩过程让无数人深陷其中,困惑不已,其相应的诠释也越来越多,导致量子领域出现了一种新的“诠释”,他们的口号是“闭嘴,计算!”

也许这类人是对的,用我们的日常经验与词汇去理解和解释量子现象,或许就如同盲人摸象一般,难以把握它的全貌。放弃这些解释,针对不同的实验场景进行计算,只要计算结果与实验结果相一致,就能够说明我们是走在正确的道路上,同时,这一过程可以帮我们积累经验,发现新的有用的逻辑。而那些理论中看似尖锐的矛盾或许仅仅是人们思维观念中的矛盾,而不是大自然本身的矛盾,大自然不会犯错,犯错的只有人。

在自然科学的发展过程中,一些关键性的概念起到过重要的推动作用,场的概念就是其中之一。如果当初没有发现场这种概念,很难想象现在的自然科学会是什么样子。或许我们会仍然停留在牛顿的质点力学中盲目自信,无法理解电磁场、引力场、量子场这些全新的东西。

从量子场的角度,场与粒子如今已经实现了统一,粒子是场的激发态,可以通过对量子场的激发创造粒子。场论所展现出来的强大威力使人们感觉到,如果离开场的概念另起炉灶,很难像场论这样囊括这么多纷繁复杂的自然现象。场这一关键性的概念在未来的理论中不应该被抛弃,而应该在场的概念基础上进行创新。如同将经典场推广到量子场一样,或许未来的理论会建立在对量子场的修正或推广之上。