优质学习量子场论的目的是什么?

巨裕谈三农
巨裕谈三农
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2022-10-12 02:03:02
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刘恒ii
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  量子场论一般指的是一种将狭义相对论,量子力学,以及场的观念结合起来得到的理论。这种思路的起源,大概可以追溯到狄拉克给他的方程解释负能问题时用的技巧。目前,量子场论的基本思路已经被绝大多数物理学家承认,并且成为了研究以粒子理论和弦理论,引力和宇宙学等方向为主的所谓“高能理论物理”(广义,狭义的高能物理仅指粒子物理)的基本语言。注意,量子场论,是一门语言。它不是一个具体的理论模型,而是一系列思想方法的集合。量子场论比量子力学更进一步的地方,在于它使用了“量子场”这个概念代替薛定谔,海森堡等人的量子力学中引入的粒子波函数的概念。量子场具有无穷多自由度,相当于在每一个空间点,都有一个局域波函数。粒子则是这个遍布整个空间的量子场的激发。我简单说明一下需要无穷自由度的其中一个原因。

  历史上,推广薛定谔方程到狭义相对论情形,得到的是克莱因高登方程(标量)或者狄拉克方程(旋量)。如果你仍然认为这些方程解的是波函数,就有些不妥。因为这些方程的平面波解里能量可以取负值。这就意味着量子化之后没有稳定真空(真空是能量最低的状态。如果能量取负,那么多粒子态就会导致负能的叠加,从而能量无下界)。好在对于旋量粒子(例如电子),有泡利不相容原理,每个态只能占据一个电子。因此,“所有负能态都被一个粒子占据”的状态就可以被定义为真空,这就是狄拉克对他的方程做的解释,这样的真空被称为狄拉克海。这里面已经蕴含了量子场论的朴素思想,即隐含了无穷多自由度。但是对于标量粒子,没有泡利不相容原理,因此能量无下界。这时候就只能把原本的波函数看成量子场了,这可以完全避免负能问题。

靓仔的世界
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  第一,按照题主对问题的解释,题主的问题应该 量子场论是什么啊,根本不是学习量子场论的目的是什么啊!anyway,我还是按照 学习量子场论的目的来答,说说我为什么要想学量子场论。

  第二,本人背景为物理中的nanophotonics,转EE,还是做nanophotonics,现在想转quantum photonics. 第三,我学习量子场论的目的:了解最新的凝聚态物理前沿。现在凝聚态物理很火,topological insulator, semimetal等,我想,在学习了量子场论后,会更好的把握住凝聚态物理的这些前沿,为自己的课题提供一种借鉴。

  .思维训练,个人觉得,学习这些基础理论,尤其是很多已经较为成熟的基础理论,最重要的接受到这些思维训练。量子场论里面的物理很复杂,对于那些物理现象的解释的这套理论,能够培养我的科学思维。

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