Monday, December 8, 2014

em01 电荷和电场,一个是spin-1/2 Dirac场,一个是spin-1 电磁场,完全是两样东西。电荷并不会产生电场,而是因为和电场耦合,从而改变了电场——把电磁场从我们称之为“真空”的状态(这种状态我们以前认为是“没有场”的状态)变成另一种状态。

初次接触场,应该是中学里学到的电磁场。那时候,场被描述为源“产生”的东西,比如说电荷产生电场,电流产生磁场等。而按场论的观点,电荷和电场,一个是spin-1/2 Dirac场,一个是spin-1 电磁场,完全是两样东西。电荷并不会产生电场,而是因为和电场耦合,从而改变了电场——把电磁场从我们称之为“真空”的状态(这种状态我们以前认为是“没有场”的状态)变成另一种状态。


在量子时代之前,我们在描述大自然的过程中把粒 
子和场区分开来。电子和质子这样的粒子产生电磁场和引力场。这些场反 
过来又作用于粒子并对它们的运动产生影响。为了确定一个粒子的动力 
学,物理学家们必须在一个给定的时间给出该粒子的位置。与此对照,为 
了确定一个场的动力学,物理学们就必须在一个给定的时间上给出空间每 
一点上的一组数值。在电磁场的情况下,这些数值就是那些描述探针在该 
点可测出的电磁力的大小和方向的数值。因此,人们可以对一个遍布在时 
空中的场加以描绘。 
      量子时代到来以后,粒子和场之间的这种区分取消了。粒子现在由支 
配它们运动的几率振幅波描述,而这些波是在时空的每一点上都已给定 
的。也就是说,量子世界中的粒子也由场来描述。法拉第的场的概念占据 
了整个物理学。 
     在量子场论中,作用是从这样结合在一起的场中构造出来的,即它将 
满足对称所要求的一切。例如,要建立一个描述电子和光子相互作用的量 
子场论,只须把电子场和光子场(即电磁场)结合成一个满足洛伦兹对称和 
规范对称的作用即可。一旦人们学会怎样做,它确实非常简单

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