量子场论(QFT)自20世纪初以来经过了大量的理论发展,尤其是在处理强相互作用、低能现象及非微扰区域时,理论的丰富性得到了充分体现。下面我们将根据历史的顺序,对量子场论中的非微扰方法、低能有效理论,以及其他重要的理论框架做详细的论述。
一、量子场论的起步与微扰方法量子场论的基础源于量子力学和相对论的结合。最初,量子场论的研究集中在微扰理论上,尤其是通过费曼图展开来描述粒子之间的相互作用。在弱相互作用和电磁相互作用等领域,微扰方法非常成功,通过高阶展开项能够精确地描述粒子间的相互作用,尤其在量子电动力学(QED)中得到了实验验证。
微扰方法的核心是通过展开计算,使用小耦合常数(如电磁相互作用的耦合常数)来获得有效的近似解。此方法广泛应用于电磁相互作用、弱相互作用以及部分核物理现象中。
然而,强相互作用(如QCD)领域的微扰展开存在发散问题,因此,研究者开始发展非微扰方法来应对这些强耦合现象。
二、非微扰方法格点量子色动力学(Lattice QCD) 格点量子色动力学(Lattice QCD)是最重要的非微扰方法之一,特别用于处理量子色动力学中的强相互作用。通过将连续的时空离散化为格点,能够通过数值模拟来求解强耦合区域的行为。Lattice QCD 是解决QCD中的强耦合问题和非微扰性质的主要工具之一,特别是研究夸克和胶子之间的相互作用。自洽方法(Mean-Field Approximation) 自洽方法通过假设系统中每个粒子都处于一个平均场中,从而简化问题。这种方法在低能核物理、超导理论以及凝聚态物理中得到了广泛应用。它能够通过引入自洽近似来简化描述多体系统的复杂性,尤其在强相互作用下,帮助我们理解物质的宏观行为。DSE 和 Bethe-Salpeter 方程 Dyson-Schwinger 方程(DSE)和 Bethe-Salpeter 方程是两种重要的非微扰方程,用于描述粒子和场的自能以及相互作用。它们在强相互作用领域非常重要,尤其在QCD中,对于描述夸克和胶子的相互作用提供了有效的非微扰方法。AdS/CFT 对偶 AdS/CFT 对偶提出了弦理论与量子场论之间的深刻联系,尤其是在强耦合领域。它指出某些共形场论可以与反德西特空间中的弦理论相对应,从而为我们提供了研究强耦合量子场论的有效工具。这一理论在研究黑洞热力学、量子引力等方面取得了重要进展。强耦合展开(Strong Coupling Expansion) 强耦合展开通过将耦合常数视为大的量来处理系统,在这种情况下可以采用强耦合展开来近似求解系统的行为。该方法尤其在QCD、低能核物理中得到广泛应用。三、低能有效理论的出现与发展低能有效理论是20世纪中期随着核物理、凝聚态物理和粒子物理的发展而逐步形成的一个重要分支。有效理论的核心思想是通过忽略高能过程的细节,仅关注低能行为,从而简化问题的处理。低能有效理论的关键在于通过有效场和自由度来描述复杂的物理现象。
核有效场论(Nuclear Effective Field Theory) 在核物理中,低能有效场论为理解强核力和粒子束缚态提供了理论工具。该理论不需要完全考虑量子色动力学的复杂性,而是通过简化的有效相互作用来研究质子、中子之间的相互作用。例如,描述质子和中子之间的相互作用时,可以通过引入低能的自由度和相互作用势来有效描述系统的行为。卡比效应理论(Chiral Perturbation Theory) 卡比效应理论是一种低能QCD的有效理论,用于描述强相互作用中轻粒子的低能行为。它特别关注质量较小的粒子(如π介子)和夸克之间的相互作用。卡比效应理论通过对称性破缺的方式对低能现象进行建模,为低能QCD提供了简化的有效描述。凝聚态物理中的低能有效理论 在凝聚态物理中,低能有效理论同样用于简化强关联系统的描述。例如,超导、量子磁性、量子自旋液体等物理现象都可以通过低能有效场来近似计算。有效理论帮助我们在强相互作用下,理解凝聚态物质的行为和物质转变。弱相互作用的低能有效理论 在粒子物理学中,弱相互作用的低能有效理论(如费米相互作用)用于描述电子、质子和中子之间的弱衰变过程。这种理论在描述低能弱衰变、粒子反应等现象时提供了有效的框架。四、算符乘积展开(Operator Product Expansion, OPE)算符乘积展开是量子场论中的一个重要工具,尤其在强相互作用和量子色动力学(QCD)中得到了广泛应用。OPE的核心思想是将高能区域的算符乘积展开为低能区域的算符和对应的“次级效应”项。通过这一方法,我们能够有效地描述在高能尺度下的粒子相互作用,而不必直接计算复杂的高能过程。
OPE的基本形式: 在QCD中,OPE通常被用于将物理量(如散射矩阵)分解为一系列低能贡献。其形式可以写作:
T(x) * T(0) = Σ_i C_i(x) * O_i(0)
其中,T(x)表示时间顺序算符,O_i(0)是一些低能有效算符,而C_i(x)是相关的Wilson系数,表示高能区的次级效应。通过这种展开方式,我们能够处理强相互作用中的高能行为,同时能够将其简化为低能可处理的形式。
五、量子色动力学与重整化群方法量子色动力学(QCD)是描述强相互作用的理论框架,涉及到夸克和胶子之间的相互作用。在强耦合区域,QCD的微扰方法无法提供有效的解,这时非微扰方法和低能有效理论就变得尤为重要。
重整化群方法(Renormalization Group, RG) 是QCD中的一个重要工具。通过重整化群方法,我们能够研究在不同能量尺度下,物理量如何随着尺度的变化而变化。特别是在QCD中,重整化群方法帮助我们理解强相互作用在不同尺度下的行为。例如,在高能区域,强相互作用逐渐变弱,而在低能区域,耦合常数变得非常大,导致强相互作用成为决定粒子行为的主要因素。
总结量子场论的发展可以看作是从微扰理论向非微扰方法、有效理论的逐步过渡。从初期的量子电动力学到后来更为复杂的量子色动力学,研究者通过不断发展新的方法来应对更为复杂的物理现象。非微扰方法如Lattice QCD、算符乘积展开、以及重整化群方法等,在理解强相互作用和低能物理现象中扮演着越来越重要的角色。低能有效理论则提供了简化复杂物理系统的框架,使得我们能够在多个领域内对粒子和场的相互作用进行深入分析和预测。
遇事不决量子力学,解释不通平行时空。命运不顺神佛操纵,科学不行高维压制。
一个很奇妙案例供大家参考。 陀螺仪在当今社会应用很广,陀螺仪其中一个基本特性:定轴性,当陀螺转子以高速旋转时,在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时,陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变,即指向一个固定的方向;同时反抗任何改变转子轴向的力量。这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。其实以上的基本特性描述是不严谨的,以上的基本特性描述是只有在转子轴向在大于0度小于90度范围内才可以成立的,在大于等于90度小于180度范围内是不成立的,在夹角等于90度时反抗任何改变转子轴向的力量大小和方向无法确定(有点像薛定谔的猫),当夹角稍微大于90度时反抗任何改变转子轴向的力量大小和方向确定,不在是保持陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变,而是指向一个固定的相反方向,明显可以重复观察到,网上有卖金属倒立自动翻转陀螺可供参考,是最典型的实践证据。自动翻转陀螺在翻转的同时重心增高,势能变大,传统物理学理论无解。 陀螺仪的定轴性,在反抗任何改变转子轴向过程中如果不存在重力以外的外力,定轴性表现是和轴向角动量守恒是冲突的。研究结果可以理论个实验重新定义 时间 和 空间。
悖论斯坦,悖论潘多拉,终身搞骗祸害人类科学。一个终身肮脏的灵魂。
⭕️科学/哲学追求确定性(真理/知道)是生存的必须,有现象复杂性。鼓吹不确定(不知道)是鬼迷心窍丧心病狂。自然绝对诚实/决定论/宿命论,意识作用于人体(物质)对宿命有扰动。🍎苏格拉底说,万变中寻求不变的真理/本质(物质不灭,能量守恒,1+1=2等)。解释自然“不确定性”“对称或然性”想干啥?❌没有确定性(不知道),如何利用自然?空间连续可入,位置和速度精度是无限的/确定的。花瓣飘零是大量动量作用观测不足的观测不确定。光粒子电荷质量大小(能量)不连续,不是运动/能量不连续。大量粒子分布观测不确定,不是单粒子运动不确定。❌不确定性原理是假说搞骗!同与不同的确定性是认知的根本,“波粒二象性”祸害了这个核心根基!!🍎绝对真理客观存在,人类诞生前月亮不运动吗?引力有没有?不言自明!🍎仰望星空信任自然的地心说需要认知进化,能否定绝对真理吗?地心说依据的不变现象变了吗?没有!号称相对真理是悖论斯坦蔑视自然_欺师灭祖的鬼把戏。瞎搞虚幻不确定,量子鬼学,好吗?❌科学追求确定性真理是生存智慧,悖论斯坦追求把不同弄成相同(统一场)?这不是癫狂是什么?号称场是光速,地球速度显然不同,地球场跑了吗?
❌一群孔乙己,看不起短衣帮(也看不起牛顿的经验归纳,迷恋悖论斯坦假说鬼把戏),自己受害于悖论斯坦创造假说和科幻之乎者也邪念,天天诠释相对论之乎者也,相对论长衫子实在是破(都是假说瞎编,也木有理想惯性系)也不忍脱了去,读书人偷书不算偷/假说科学不算假。指桑骂槐骂“民科”(实际也是孔乙己,民科民粹是不知为不知,与伪科学何干???),祸害子孙祸害国家!都以为自己是举人(官科)!狗咬狗狗咬人。笑死个人。一些孔乙己只能挨丁举人的毒打。[偷笑][偷笑] 假说对假说,永远凑不拢,天天去搞假说之乎者也孔乙己骂假说孔乙己,骂短衣帮,号称修正牛顿。笑死人了。
❌波与场❌都是数学当物理,捉影弄鬼的把戏::水波/声波/沙丘波是物质/粒子相对运动的宏观时空分布。水本质粒子是不变存在,水波是可有可无的变化现象。❌波粒二象性?以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,是骗术笑话。更荒唐在于二象性祸害了认知自然的核心根基/同与不同的确定性。❌场是数学虚幻,只能由源完全确定,无源场不可观测(源/月球潮汐力不是XX场力,源能量不是场能量),物质的场到处飞吗?飞的方向如何确定?场速是光速,地球速度显然不同,地球场跑了吗?………赫兹电磁波实验,激励源是电火花,感应接收也是电火花,显然是光子动能传播与光电效应(发现晚于赫兹实验),用了电磁波来解释而已。电磁波理论(尚未发现电子)只是基于宏观电磁观测的数学方法,牛顿的物质相互作用相对运动才是一切宏观微观现象的唯一根本!!带电质量体是物质本质属性,不需要也不可能由变化磁场产生,磁力对电磁粒子做功影响了正负电荷分布而已。❌水波声波不可能象光子一样真空直线传播。光是电磁粒子,当然可以穿越真空且与物质有相互作用。两朵乌云包括光电效应当然都是电磁理论的谬误证伪,骗子借机祸害经典力学体系,何其疯狂??
❌以太的小胆太小了!!!以太是波动学派的(根基)托辞遮羞布,悖论斯坦干脆厚脸皮直接骗,让波搞独立单干/和物质质量说拜拜,来个二象性指鹿为马,无源场也用上!再诠释诠释,高速低速搞区别对待,宏观微观弄成不同,质量尺寸时间都弄成可以变,能量搞成数学能量,,,还不行?绝对时空也不要了,相对运动搞成残废/让光绝对运动,相对时空更美妙可惜惯性系不同意。又不行了??什么能难住骗子呢?换个假说继续骗,搞广义的,把空间也搞弯,轨道电子不干就不管它了,物质相互力也弄点鬼,,,,用假说无中生有(🍎哈哈,我说有鬼谁能证无?)号称证明全称命题,脸厚怕啥?坚决把大胆假说革命进行彻底/1955/game over?
真理都是简单的,不证自明(不变现象)无法证明(全称命题/可证伪),悖论诠释百年号称证明(全称命题)是骗。古希腊哲学对真理(科学知识)的理解——真理是不变的现象。水流现象千变万化是真实/不是真理。水往低处流现象不变,太阳东升西落现象不变,都是有用的真理/知识/知道。物质不灭,能量守恒,电荷守恒,1+1=2,绝对时空,相对速度,……都是不变的现象/真理。居然有人号称人人不知的空间弯曲是真理,还胡编人人可知的时间是虚幻!!都是缺德笑话。绝对时空可微可积,弯曲不均匀空间可积分吗?科学/哲学追求确定性(知道)是生存的必须,鼓吹不确定(不知道)❌是鬼迷心窍丧心病狂。科学是观测归纳不是假说证明不是解释稀奇。所有物质100%由带电质量体/粒子构成(不变现象/本质),电子质子结合成中子,正负光子结合成中微子。……不显电性的中子,中微子,穿透材料/等离子体/微观电磁结构的能力强大,中微子极其微小,必然是穿透物质材料的惯性运动冠军。电子质子光子都带电,穿透力当然不行。——物体材料边缘亚原子尺度正负电场密集分布,带电光子电子受引力斥力作用,分裂成双缝干涉条纹,边缘衍射条纹,奇怪吗???
❌证实/证明理论是骗术:::需要证明的真理/理论是骗,号称证明真理/理论也是骗!!!真理理论作为预测未来的全称命题,证伪当然有效,证明/证实当然无效。号称证明XX论和万有引力定律,都是骗。实验只能证明具体现象是真实。 认知自然/想知道能不能趟过一条河?没有经验知识无法演绎应用,创造假说也没用,只能依靠观测归纳。所有自然规律都是对过去的归纳,未来不变,不变的原因是不知道,只能信任自然!——“相对真理”也是骗术,真理是客观存在的绝对真理,人类诞生之前月亮不运动吗??引力有没有??都是显而易见!仰望星空信任自然的地心说需要认知进化,能否定绝对真理??地心说依据的现象变了吗?没有!号称相对真理是悖论斯坦蔑视自然_欺师灭祖_搞骗的伎俩。❌❌大胆假设(规律),细心求证,都是骗术,是悖论斯坦发家(科学家)的“两头骗”!用假设猜想后脑勺肯定没用,搞1000年可解释一切稀奇的鬼故事(假说假设,不是公设假定)也真不了,牛顿自然哲学反对任何创造假说!!!无人机,潜水艇,轮子,核弹的发明创造都是由公理和观测经验大胆演绎的结果/现象,与自然复杂现象一样,真理不变现象无穷多。质能方程演绎狗屎造核弹有用吗?