这就是大名鼎鼎的“量子场论”。
在量子场论的框架下,宇宙中没有物质没有能量,只有各种各样的场。
场的激发产生物质和能量。
每一种微观粒子都有对应的场。
产生光子的场是电磁场,研究电磁场和光子的相互作用的量子场论名为“量子电动力学(qed)”。
产生夸克的场是夸克场,研究组成强力粒子的夸克的量子场论名为“量子色动力学(qcd)”。
而这些理论最终组合在一起,就是后世最前沿最重要的理论:粒子物理标准模型!
玻尔无论如何也想不到,未来的量子力学会多么璀璨!
此刻,李奇维忽然微微一笑,他要给量子力学再添一把火。
他笑着说道:
“刚刚不是有人说,理论物理走到头了吗?”
“现在,我要向他们展示一下,什么叫永无止境!”
哗!
玻尔大惊!
老师难道又要提出什么惊世理论了吗?
在众人的震惊下,李奇维站起来,走到前方,说道:
“适才我和玻尔聊天时,又回想起前天的双缝干涉实验。” “我想到从另外一个角度重新阐述量子力学。”
哗!
众人皆是一惊!
“天啊!”
“我刚刚才说量子力学已完善,理论物理到头了。”
“没想到转眼就被布鲁斯教授打脸。”
李奇维继续说道:
“在经典力学中,一个粒子的运动可以由牛顿运动定律精准预测。”
“但在量子力学中,我们只能预测粒子出现在某处的概率。”
“概率的数值是通过计算薛定谔方程的波函数得到。”
“那么,有没有可能重新寻找一种方法来计算呢?”
“我从电子的双缝干涉实验中找到了灵感。”
“从整体来看,电子发射出来后,要经过双缝和显示屏,最终变成一个确定的状态。”
“过程无非几种,要么单独通过左缝,要么单独通过右缝,要么同时通过两条缝隙。”
“我们不需要计算,就能定性知道这些路径。”
“但如果这时候把双缝改成三缝,甚至五缝、八缝,并且在前后多加几个缝隙板。”
“这时候要如何研究电子的通过路径呢?”
“它还会发生干涉吗?”
“这种情况,现有的量子理论无能为力。”
众人一脸懵逼,不明觉厉。
这已经不是双缝实验,而是n缝实验了。
“电子通过这些缝的路径有很多种。”
“通过定性完全无法判断电子究竟走哪一条路径。”
“因此,我想到一种解决方案。”
“我把这些所有可能的路径全部累加,最终确定电子将要走哪条具体的路径。”
“如此一来,我不需要知道电子的波粒二象性具体是什么。”
“我只需关注电子的起始点和终止点的状态即可。”
“没有什么波动,也没有什么粒子,电子只是从a到b运动。”
“假设它有100条不同的路径,我就把100条路径以概率比重迭加,通过积分的方式计算最终走哪条路径。”
咔咔咔! 李奇维一边讲,一边直接在黑板上开始演算。
各种积分看的人眼缭乱。
足足二十分钟过后。
他笑着说道:
“诸位请看,这是我用新的方法,计算出电子通过双缝的结果。”
“我从理论上证明了,单个电子必然会产生干涉。”
“同理,把双缝换成三缝、八缝,可以得出不同的结果。”
“我暂时把该理论称为【路径积分】。”
“有了路径积分,我们完全不用考虑量子本身的情况,直接考虑所有可能性。”
静!
死一般的寂静!
所有人都瞪大了双眼,心中震撼不已!
“上帝啊!布鲁斯教授实在太逆天了!”
“他到底是怎么想出来这种理论的?”
“这简直就是大力出奇迹,以力证道啊!”
矩阵力学中用跃迁来表示电子的状态改变。
波动力学中用概率表表示电子的状态改变。
这两大力学都是通过间接的手段,从某个角度描述电子从a到b的变化。
因为量子力学的特性注定了,微观粒子的一切都不是不确定的,有无数种可能状态。
物理学家不可能把每种状态都考虑到。
但是今天,众人仿佛见到奇迹了!
其他人不能,不代表布鲁斯教授也不能!
那个男人就是不走寻常路,竟然直接以暴力计算出电子的所有可能路径。
然后把这些路径全部加在一起,计算出最终路径。
路径积分的想法实在太天马行空,惊世骇俗了!
房间内顿时响起阵阵惊呼。
“这简直就是量子力学的第三种形式!”
众人骇然无比!
真实历史上,量子力学的路径积分形式由大名鼎鼎的费曼在1942年提出。
它的出现,把量子力学带入更高的层次。 所以杨振宁曾说:费曼创造了真正的量子力学。
路径积分为经典与量子之间搭建了一座桥梁。
通过该理论的计算,能直接推导出f=ma。
宏观世界里的确定路径,其实就是无数微观量子路径的迭加。
而单个电子之所以是不确定的,是因为每条路径对最终结果的影响是相同的。
所以,它们都有可能成为最终的路径。
此外,基于路径积分形式,费曼还提出“费曼图”的概念。
当然,这一世要变成“布鲁斯图”了。
它帮助物理学家用更形象的方法,处理量子场论中各种粒子的相互作用。
路径积分形式和后来的量子场论密切相关。
此刻,海森堡和薛定谔二人神色狂热!
他们各自的理论都是在布鲁斯教授的指导下完成的。
没想到对方竟然还能想出量子力学的第三种形式。
而且这种形式看起来比矩阵力学和波动力学更深刻。
它不仅是一种物理理论,更是一种数学思想和方法!
从全新的角度审视量子。
二人心中顿时佩服的五体投地!
“布鲁斯教授和我们永远不是一个层次的人!”
玻尔崇拜地看着老师。
他的脑海里还回想着刚刚的谈话。
“路径积分或许还不是量子力学的尽头。”
“真是期待老师在场量子化方面的研究,一定会再次轰动物理学界吧。”
李奇维看着众人震惊的表情,脸上淡定。
至此,量子力学大功告成,接下来的就该量子场论横空出世了!
(本章完)