经过科学家100多年接力,人类终于了解了4.9%的宇宙(11)

至此,量子力学这座巍巍大厦,就严格地确立了。

3登峰造极:量子场论,粒子物理标准模型

1925年到1926年间,玻恩、海森堡与约尔旦把电磁场看成是无穷维谐振子(harmonic oscillator),进而通过正则量子化的方法给出了电磁场的量子化。但他们的工作中并没有把相互作用考虑进来。1927年,史上首次,狄拉克作了有关于电磁相互作用的量子力学计算,并提出了量子电动力学(QED: quantum electrodynamics)一词。 在此工作中,为将电磁场进行量子化,狄拉克天才地创造了产生湮灭算符(Creation and annihilation operators)的办法。

1928年到1934年这一时期,约尔旦、维格纳(Eugene Wigner,1902-1995)、海森堡、泡利与费米(Enrico Fermi,1901-1954)通过反对易(anticommutativity)的手段——即现在所谓的费米子的约尔旦-维格纳量子化——表明,正像量子化以后电磁场的激发态对应不同数目的光子一样,作为一种实物粒子,电子亦可被视为某种相应的场量子化以后的激发元。这样,借助于量子作为桥梁,电磁场与实粒物子就都统一到了场(field)这一概念之下。最终,1934年,海森堡将狄拉克方程,以及先前的克莱因-戈登方程,重新阐释为描述不同粒子的场的运动方程,而非单粒子波函数的运动方程。在这种图景之下,方程解的所谓负能量问题迎刃而解:它本身就描述了反物质,而完全不须引入狄拉克海这一概念。

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