浅述量子力学与量子场论.docx

浅述量子力学与量子场论 摘 要：量子力学与量子场论是现在理论物理中应用最为广泛的理论基础，同时量子力学和量子场论又有着密不行分的关系。本文将结合课程内容，简要地探讨相关的问题。 关键词：量子力学；量子场论 Abstract： Quantum Mechanics and Quantum Field Theory are used widely in theoretical physics. At the same time， quantum mechanics and quantum field theory are closely related with each other. This article will discuss the related problems briefly with the content of the course. Key words： Quantum Mechanics Quantum Field Theory 量子力學作為现在理论物理的理论基础，其产生和发展对现在物理理论起到了很大的推动作用，对固体物理学、凝合态物理学、原子物理学、原子核物理学、材料物理学、粒子物理学以及核物理学等学科都有干脆或者间接的推动作用。量子场论则为描述多粒子系统，尤其是包含粒子的产生和湮灭的系统供应了特别有效的理论框架，非相对论性量子场论主要被应用于凝合态物理学，而相对论性量子场论则是粒子物理学中不行或缺的组成部分。 1 量子力学 量子场论是物理学中的一个重要分支，只要是探讨微观粒子的运动规律，它与相对论一起构成了现代物理学的两大支柱。量子力学是在普朗克、玻尔和爱因斯坦等人的共同努力下发展起来的，其核心是求解Schrodinger方程 在量子力学的发展过程中，引进了三个主要的理论假设，他们分别是：1，微观体系的运动状态由相应的归一化波函数来描述；2描述微观体系运动状态的波函数满意Schrodinger方程；3，微观体系的力学量有相应的厄米算符表示。另外，还引进了希尔伯特空间的概念，即完备的内积空间。希尔伯特空间事实上是对有限维欧几里得空间的推广，使之不局限于实数的情形和有限的维数，但是又不失其完备性。希尔伯特空间是公设化数学和量子力学的关键性概念之一。 依据量子力学理论，微观粒子具有波粒二象性，量子力学中对其运动状态的描述采纳的是波函数的概念，其在空间中某一点的强度与粒子在该处出现的概率成比例，换句话说，量子力学中，波函数的模平方表示粒子在该点出现的几率。 2 量子场论 量子场论是量子力学和经典场论相结合的物理理论，是量子力学的进一步发展。量子场论主要描述的是多粒子系统，特殊是对于粒子的产生和湮灭系统，并为此供应了有效的理论框架。 依据不同的描述对象和作用，量子场论又可以细分为量子电动力学、量子规范场理论、量子色动力学以及量子味动力学，其中量子色动力学是说明粒子及其他强子相互作用、以及它们内部构造上所表现的强相互作用力的一种量子理论假说；量子味动力学则是一种探讨微观粒子自发衰变的内在弱相互作用。 粒子物理学是量子场论的重要应用领域。粒子物理学中探讨的全部物体，包括电子、光子、夸克、中微子都遵守量子力学的规律，均显示出波粒二象性，在不同的试验条件下，显示出粒子的特性和波的特性。在理论物理中，理论学家用希尔伯特空间的状态矢量来表述他们，进一步的理论基础，就是量子场论。 在量子场论的发展中，出现了一系列理论，其中最为重要的是标准模型。标准模型理论是一套描述强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成全部物质的基本粒子的理论，又称为规范对称场论。标准模型理论是量子场论的重要组成部分，与量子力学及狭义相对论兼容，是自牛顿经典物理以后最接近大一统理论的一套自然哲学观，标准模型理论没有描述引力相互作用。它运用的是规范玻色子来描写三大相互作用，光子，W玻色子，Z玻色子都属于规范玻色子，依据标准模型理论，在一些粒子未被发觉之前，就已经可以预料它们的存在并对它们的性质做出精确的估计。 3 量子力学与量子场论的联系 量子力学与量子场论的关系，可以说是前世与今生。19世纪末期，黑体辐射和迈克尔逊-莫雷试验是物理学的两大乌云，前者导致了量子力学的建立，后者促使相对论的诞生，成为近代物理的两大支柱。量子力学建立之初，并不是非常地健全。随后在量子力学的发展过程中，量子理论渐渐的被应用于各种物理学科中，慢慢的形成了量子场论，被广泛的应用于科学探讨的各个领域，最终形成了现在较为系统、较为完善的量子场论。量子力学作为量子场论的理论基础，其重要性不言而喻。 4 总结 量子场论现在已经能够将强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用通过标准模型理论统一起来，但是没有包括引力相互作用。所以，可以预见，量子场论并不是一个非常成熟的理论，无法说明一些物理学中的问题和现象，例如H粒子是否存在，当具有质量的物体和质量为零的光子交换能量时，为什么有一个神奇作用量子h联系着等问题。所以，量子场论理论有待于进一步的完善和推广，这依靠于新时代的科学家们的不懈努力与追求。 参考文献 1黄涛.量子场论的建立和发展J.自然杂志，11015，：13-16+80. 2量子场论/周邦融编著.-北京：高等教化出版社，2022.9 3游阳明，张向牧，张春华，马文娟.量子力学与量子场论J.沧州师范专科学校学报，2004，：41-44. 4刘乐.量子力学与量子场论探讨J.科技视界，2022，：5+18. 5董盈红.从量子力学和量子场论的建立看物理学的发展J.保山师专学报，19101，：75-80. 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页