量子場論：“一花一世界”是錯誤的，無限分割的盡頭是基本粒子

其實很多人都明白一個道理，宇宙萬物都是有更小的物質(zhì)構(gòu)成，但這個更小的物質(zhì)到底是有盡頭的還是無盡頭的，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)思想反對原子論，比如佛教中的“一花一世界”的概念。

事實上，這兩種思想基本上都是主觀臆斷，沒有任何實驗證明。

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。

基本粒子的運動規(guī)律完全不符合牛頓力學(xué)，量子力學(xué)也是經(jīng)過長達(dá)半個多世紀(jì)的發(fā)展和完善，才進(jìn)化成了比較成功的量子場論。

如今，物理學(xué)家描述基本粒子都會用到量子場論，量子場論之所以極其復(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，粒子會同時散布在不同的位置，彌漫在整個空間中。只有在我們測量粒子的那一刻，才知道粒子在哪。與此同時，粒子的波函數(shù)態(tài)就會坍塌，而不再分散。

所以尷尬的就來了，我們該如何描述粒子的空間位置呢？

在測量前，粒子以波的形式彌漫整個空間。雖然測量粒子后，會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性，雖然這一方程在粒子的波動性上取得了巨大的成功，但卻忽略了粒子性，無法兼顧狹義相對論效應(yīng)。

在微觀世界，接近光速運動的粒子是十分普遍的。當(dāng)粒子速度接近光速，質(zhì)量會變大，時間會變慢，這就是狹義相對論效應(yīng)。

薛定諤方程主要描述的是粒子在空間的波動變化。狹義相對論描述的是粒子在時間上的變化。

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

可能很多人看到這里就有點迷糊，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會十分麻煩。

為了方便計算，我們要么就把粒子統(tǒng)一描述成波動性，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，就很難兼顧波動性了。但如果，我們將粒子統(tǒng)一描述成波動性，卻可以很好地兼顧粒子性。

量子化的波就是將粒子統(tǒng)一描述成波動性后，兼顧粒子性的體現(xiàn)。因為量子化是不可再分，且不連續(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)出來了。

為了可視化理解，可以將波想象成海面上的波浪。每一個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，而量子場論中的波是不連續(xù)的，是離散的。

在這里可能很多人會問，不連續(xù)到底是什么意思？

舉個例子，真實海洋中的波浪可能有無數(shù)個高度，比如1米，0.5米，2米，2.5米，3米，1.25米，1.75米。

因為這種波的高度是連續(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，所以高度會經(jīng)歷0到3米之間的任意值。

但是量子場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。

因為在量子化的概念中，一米的高度就是基本高度，不可再分割，波的高度只能是一米的整數(shù)倍。

在量子場論中，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，真實海洋表面可能是平靜的，但是量子場論中的波是不可能平靜的，它存在一個最小的能量狀態(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，是因為真空存在不同整數(shù)高度的波。

波之間的撞擊可以形成新整數(shù)倍高度的波，比如兩個一米高的波撞擊會形成2米高的波，這時候真空中就會冒出粒子。但是很快，其他波就會立馬撞擊新產(chǎn)生的波，導(dǎo)致其消失，所以這個粒子就會很快消失掉。

這樣的場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。

量子化波動的海洋正是量子場論的核心思想。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，比如光子場，電子場，夸克場等。

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。

在標(biāo)準(zhǔn)模型中，每一種基本粒子都是在其量子場中傳播，且相互作用。粒子加速碰撞后，之所以會產(chǎn)生新的粒子，是因為不同量子場交互會形成新的量子場。就和不同的海浪撞擊會產(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。