学习量子场论的目的

作者:苗舰舰
链接:https://www.zhihu.com/question/45370488/answer/99224077
来源:知乎

牛顿力学
先从牛顿力学讲起,牛顿力学的基本研究对象是粒子,受到力的作用运动
如果我们用拉格朗日力学,我们可以将力的概念变成势能的概念,粒子运动受到的力是根据最小作用量原理对势能取梯度,比如粒子的抛物运动可以等价为粒子在重力场的运动
但是在这里势能(场)的引入似乎只是一个数学变换,将同一个问题用不同的语言描述

电动力学
在电动力学里面,场不再是一个数学变换后的产物,而是研究对象本身,电场和磁场本身就是场。而当我们描述场的运动时,我们描述的是电磁波

量子力学
量子力学在概念上的革命性突破就是波粒二象性,我们以前以为物质是由更小的粒子组成,但我们现在知道物质既有粒子性(波包),也有波动性(物质波)
既然场论既可以描述粒子(拉格朗日力学),又可以描述波动(电动力学),所以对于量子力学而言,量子场论是一个最自然的语言
但是如果我们只考虑单粒子的量子力学,用量子场论有点杀鸡用牛刀,所以我们一般把问题简化为求解薛定谔方程,就像我们解牛顿方程那样

量子场论/统计场论
当我们处理多粒子系统时,求解多体薛定谔方程变成一个不可能的任务,这个时候就得用牛刀了。经典的电磁场,我们可以看做在空间每一点都有一个谐振子在振动,到了量子场,空间每一点也是如此,只是在量子场论里,这个谐振子既可以看成振动(波动),也可以看成粒子
比如量子电动力学里面的光子也是光波(电磁波)

场论最基本的作用是处理相互作用体系
比如固体里有能带理论,其实就是个单粒子理论,引入相互作用后,能带理论的图像会失效,但是场论在相互作用趋于零的时候可以完全重复能带理论
现在比较火的拓扑绝缘体,都是基于拓扑能带理论,但如果引入相互作用,我们必须用拓扑场论,不过如果相互作用比较小,拓扑能带理论还是低能有效的

所以和相互作用有关的多体现象必须用场论来描述,比如相变

场论对我而言就是个低能有效理论,也就是如何对小尺度的物理做“平均”,得到大尺度的物理,与实验测量结果比较
所以所有场论的问题都源于我们取了不恰当的微观平均(粗粒化),比如紫外发散,为了解决这类问题,我们可以慢慢做粗粒化,不要一部到位,而这就是拯救场论的重整化群理论

场论可以容纳更丰富的几何代数拓扑结构
引入规范场(电磁场,杨—米尔斯场),有规范场论
引入共形对称性/超对称,有共形/超对称场论
引入拓扑(Berry phase),有拓扑场论

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/ch1209498273/article/details/80770561