2015年5月29日

從量子到量場

作者/張峻輔(清華大學博士、任教高雄中學物理科)

量子場論的大師溫伯格(Steven Weinberg)曾說:「沒有任何一門科學分支的發展像量子場論這般抽象,難以向大眾解說,因為量子世界的運作規則抽象難以理解,幾乎無法用日常語言說明。」

本文將介紹量子場論的早期發展,探索其發軔的兩個動機:一是試圖建立一套完整的光量子論,將古典的電磁場量子化;二是想將愛因斯坦的狹義相對論融入到量子力學之中,企圖得到所謂「相對論性量子力學」。

量子場論(Quantum Field Theory, QFT)
量子場論是一門結合量子力學、古典場論與狹義相對論的學問,不僅是現今粒子物理學的理論基礎,也廣泛應用到凝態物理學的研究之中。
量子場論的核心概念是把「場」視為自然界的基本單元,而組成物質的各式「基本粒子」都是它們各自場的能量激發態。在量子場論的架構下,物理學家可以描述粒子如何被創生與湮滅,粒子之間如何進行複雜的交互作用,所以面對多粒子系統的研究課題,無可避免的皆會碰到量子場論的計算。

電磁場量子化
1925~1926年間發展的量子力學基本上處理的都是物質粒子(如:電子)的運動,但對於會影響粒子運動的場而言,仍然保持其古典的特性,所以量子力學嚴格說來,其實仍是一套半古典半量子的運算法則。量子力學擅於描述電子的運動,但對於電子如何從高能階自發躍遷至低能階,並輻射出光子的過程卻不甚了解,原因有二。......【更多內容請閱讀科學月刊第546期】

沒有留言: