量子場(chǎng)論：“一花一世界”是錯(cuò)誤的，無(wú)限分割的盡頭是基本粒子

其實(shí)很多人都明白一個(gè)道理，宇宙萬(wàn)物都是有更小的物質(zhì)構(gòu)成，但這個(gè)更小的物質(zhì)到底是有盡頭的還是無(wú)盡頭的，很多人都說不清。

在人類歷史上，有相當(dāng)一部分哲學(xué)家認(rèn)為物質(zhì)的盡頭必然是一個(gè)不可再細(xì)分的基本物體。比如古希臘哲學(xué)家德謨克利特的原子論。原子論認(rèn)為宇宙中的一切都是由一種不可再分割的原子構(gòu)成。

當(dāng)然，還有很多哲學(xué)思想反對(duì)原子論，比如佛教中的“一花一世界”的概念。

事實(shí)上，這兩種思想基本上都是主觀臆斷，沒有任何實(shí)驗(yàn)證明。

這種問題最后還得物理學(xué)出手。

在現(xiàn)代物理學(xué)的體系中，更傾向支持德謨克利特的原子論。

當(dāng)然古希臘的原子概念和現(xiàn)代的原子概念完全不同，相同的是，以目前物理學(xué)的認(rèn)知，物質(zhì)細(xì)分到最后就是不可再分的基本粒子。

在量子力學(xué)中，物體分割到最后必然是不可再細(xì)分的基本粒子。目前人類發(fā)現(xiàn)的基本粒子有61種，宇宙中所有的物質(zhì)都是由基本粒子構(gòu)成的，包括我們熟知的光子，電子，中微子，夸克等粒子都屬于基本粒子。

基本粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全不符合牛頓力學(xué)，量子力學(xué)也是經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展和完善，才進(jìn)化成了比較成功的量子場(chǎng)論。

如今，物理學(xué)家描述基本粒子都會(huì)用到量子場(chǎng)論，量子場(chǎng)論之所以極其復(fù)雜，是由于微觀粒子的特性十分反常。

最顯著的反常就是波粒二象性，在微觀尺度上，粒子既可以表現(xiàn)成波，又可以表現(xiàn)成粒子。

這些粒子甚至也沒有固定的空間位置，粒子會(huì)同時(shí)散布在不同的位置，彌漫在整個(gè)空間中。只有在我們測(cè)量粒子的那一刻，才知道粒子在哪。與此同時(shí)，粒子的波函數(shù)態(tài)就會(huì)坍塌，而不再分散。

所以尷尬的就來(lái)了，我們?cè)撊绾蚊枋隽Ｗ拥目臻g位置呢？

在測(cè)量前，粒子以波的形式彌漫整個(gè)空間。雖然測(cè)量粒子后，會(huì)得到粒子的位置信息，但是這種位置信息是完全隨機(jī)的，再測(cè)量一次，粒子的位置信息也就不同了。

薛定諤方程主要描述的是粒子的波動(dòng)性，雖然這一方程在粒子的波動(dòng)性上取得了巨大的成功，但卻忽略了粒子性，無(wú)法兼顧狹義相對(duì)論效應(yīng)。

在微觀世界，接近光速運(yùn)動(dòng)的粒子是十分普遍的。當(dāng)粒子速度接近光速，質(zhì)量會(huì)變大，時(shí)間會(huì)變慢，這就是狹義相對(duì)論效應(yīng)。

薛定諤方程主要描述的是粒子在空間的波動(dòng)變化。狹義相對(duì)論描述的是粒子在時(shí)間上的變化。

要想完美描述粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，必須要兼顧粒子在空間和時(shí)間上的變化。這就導(dǎo)致了量子場(chǎng)論的誕生。在量子場(chǎng)論中，粒子只是量子化的波。

可能很多人看到這里就有點(diǎn)迷糊，到底什么是量子化的波？

由于粒子具有波粒二象性，它即是波，又是粒子。我們?nèi)绻貌６笮越鉀Q具體的問題，就很麻煩，即是波，又是粒子這種兩面性處理起來(lái)會(huì)十分麻煩。

為了方便計(jì)算，我們要么就把粒子統(tǒng)一描述成波動(dòng)性，要么就把粒子統(tǒng)一描述成粒子性。

而一旦我們將粒子統(tǒng)一描述成粒子性，就很難兼顧波動(dòng)性了。但如果，我們將粒子統(tǒng)一描述成波動(dòng)性，卻可以很好地兼顧粒子性。

量子化的波就是將粒子統(tǒng)一描述成波動(dòng)性后，兼顧粒子性的體現(xiàn)。因?yàn)榱孔踊遣豢稍俜郑也贿B續(xù)的概念。如果波是連續(xù)的，那么就喪失粒子性了，正是由于波不連續(xù)，是量子化的，所以波的粒子性就體現(xiàn)出來(lái)了。

為了可視化理解，可以將波想象成海面上的波浪。每一個(gè)波代表不同的基本粒子，但是一定要注意，海面上的波是連續(xù)的，而量子場(chǎng)論中的波是不連續(xù)的，是離散的。

在這里可能很多人會(huì)問，不連續(xù)到底是什么意思？

舉個(gè)例子，真實(shí)海洋中的波浪可能有無(wú)數(shù)個(gè)高度，比如1米，0.5米，2米，2.5米，3米，1.25米，1.75米。

因?yàn)檫@種波的高度是連續(xù)過渡的，波浪高度從0米到3米，必然要經(jīng)過0.5米，1.75米……的過程，所以高度會(huì)經(jīng)歷0到3米之間的任意值。

但是量子場(chǎng)論中的波是量子化的，也就是不連續(xù)。波的高度要么一米，要么兩米，要么三米，不可能存在0.5米，1.25米這類過渡的高度值。

因?yàn)樵诹孔踊母拍钪校幻椎母叨染褪腔靖叨龋豢稍俜指睿ǖ母叨戎荒苁且幻椎恼麛?shù)倍。

在量子場(chǎng)論中，粒子就是波的激化，波的激化必須也是整數(shù)倍才能增加粒子數(shù)，比如波的高度從1米突然變成2米或者3米，才能增加粒子數(shù)，如果不是整數(shù)倍變化，不可能激化出新的粒子。

除此之外，真實(shí)海洋表面可能是平靜的，但是量子場(chǎng)論中的波是不可能平靜的，它存在一個(gè)最小的能量狀態(tài)。

假設(shè)一米高的波就是最低高度的波，那么一米高的波浪會(huì)一直存在于空間之中，不可能消失。這種一米高的波也就是最小能量，也叫真空零點(diǎn)能量。真空之所以可以憑空冒出虛粒子，也就是我們常說的正反粒子對(duì)，是因?yàn)檎婵沾嬖诓煌麛?shù)高度的波。

波之間的撞擊可以形成新整數(shù)倍高度的波，比如兩個(gè)一米高的波撞擊會(huì)形成2米高的波，這時(shí)候真空中就會(huì)冒出粒子。但是很快，其他波就會(huì)立馬撞擊新產(chǎn)生的波，導(dǎo)致其消失，所以這個(gè)粒子就會(huì)很快消失掉。

這樣的場(chǎng)景在真空中不斷上演，十分熱鬧，所以狄拉克也用海洋描述真空的這種現(xiàn)象，這就是著名的狄拉克之海。

量子化波動(dòng)的海洋正是量子場(chǎng)論的核心思想。每一種基本粒子就是一種量子，不同的基本粒子具有不同的量子場(chǎng)，比如光子場(chǎng)，電子場(chǎng)，夸克場(chǎng)等。

標(biāo)準(zhǔn)模型中有61種已知的基本粒子（引力子除外），所以至少就有61種量子場(chǎng)。

在標(biāo)準(zhǔn)模型中，每一種基本粒子都是在其量子場(chǎng)中傳播，且相互作用。粒子加速碰撞后，之所以會(huì)產(chǎn)生新的粒子，是因?yàn)椴煌孔訄?chǎng)交互會(huì)形成新的量子場(chǎng)。就和不同的海浪撞擊會(huì)產(chǎn)生新的波浪一樣。新產(chǎn)生的波浪可能就是一種未知的新粒子。