量子場論到底有多神秘？為甚麼說它揭示了宇宙中最微妙的奧秘？

為什麼說量子常論揭示了宇宙中最微妙的奧祕 首先 在宏觀尺度下 我們可以輕鬆確定某個物體的準確位置 但在微觀世界中 每個粒子都會以一定的概率 彌散在整個空間中 並以概率波的形式存在 即在測量與不測量的行為下 使其具備波和粒子兩種不同的形態 這就是量子力學 雖然這能使我們描述單個粒子 隨時間演變的過程 但卻無法描述粒子是如何出現和消失的 就比如一個光子是如何被原子中的電子所吸收的 並且也無法區分 如同電子一樣擁有相同屬性和行為的同類粒子 同時也出現了一個詭異的現象 那便是 為什麼來自宇宙深處的電子 會與蘋果中的電子具有完全相同的質量和電荷 為瞭解決這一問題 眾多物理學家通過將量子力學和狹義相對論結合的方式 從而構建出一個可以描述微觀世界的理論框架——量子常論 在相對論中 我們所處的宇宙是一個由三維空間和一維時間所組成的四維時空 當我們將其簡化成兩個空間維度和一個時間維度時 便會看到 任何有質量的物體在萬有引力定律下 其附近的引力場都會對其他有質量的物體產生引力作用 因此 我們的宇宙其實就是一個充滿著時空流體的經典場 其中的每個點都充斥著一個數學對象 而根據狹義相對論 任何物理定律在不同的慣性參考系下 都會被限制在不變的對稱性之中 所以 在經典場內部的每個點中的對稱性 也要在隨著時間的演化中保持一個守恆量 當我們將量子力學中的疊加態嵌入到經典場中 在時間的推移下 將所有不同演化方式的場景進行組合 從而就能夠將經典場轉變為具有疊加態的量子場 其中 這裡的粒子在受到虛粒子的作用下 就如同水面上的波一樣 不僅使量子場產生一種傳播擾動現象 同時也會受到整個量子的掌握 而在我們的宇宙中 其實存在著由不同粒子所組成的量子場 而構成這些場集合到一起 就是我們所說的粒子物理的標準模型 但問題是 受限於相對論時空中的對稱性 會迫使所有粒子按直線獨立運動 為了能夠使這些量子場之間發生相互作用 就需要引入可以傳遞電磁相互作用的虛光子 並通過粒子發射和吸收 就能使不同的量子場 在同一時刻實現多種可能性的演化 為了更好地解釋這一現象 假設當我們拿起一把吉他 其中的琴絃可以以不同的頻率振動 而每種頻率都會對應一個純音 當我們撥動琴絃時 它的振動就是所有頻率以不同振幅的疊加 而純音則是以不同振幅形成的和聲 從而構成琴絃發出的走音 同樣 一個量子場也可以按所有可能的場景演化 並具有不同的振幅 而將這些所有場景進行合成 就能描述物理系統下的真實演化過程 可以說 量子場論的出現 不僅完美地展現了粒子的誕生與湮滅 還能使我們在微觀層面下 能夠更準確地分析宇宙的起源 演化的過程 以及未來的可能性 從而使我們能夠更進一步地 揭開宇宙的真正本質