量子场论

量子场论（QFT来自量子场论是量子理论在经典场论中的应用。该理论广泛用于粒子物理学和固体物理学，旨在实现描述多体系统的量子理论的均匀表述，特别是在某些粒子出现或消失的情况下。

该理论是粒子物理学和凝聚态物理学中的自然和量子语言。现代粒子物理学中的大多数理论，包括基本粒子及其相互作用的标准模型，都被表述为相对量子场论。量子场论用于多个上下文，其中最突出的例子是基本粒子的物理学，其中参与相互作用的粒子数量振荡和变化，与它产生的数量不同。例如，在描述BCS超导理论中的临界现象和量子跃迁相时，另请参阅相变，量子相变，临界现象。许多人认为，量子场论是将量子数学规则与狭义相对论相结合的最健康和最佳的产物。

在湍流量子场论中，粒子是由其他粒子介导或相互作用的。两个电子之间的电磁力是由光子交换产生的，而中间矢量玻色子传递弱相互作用，胶子传递强相互作用。目前，还没有关于残余基本力或引力的量子理论，但许多提出的理论假设存在传输它的石墨粒子。 这些承载力的粒子是假设的粒子，根据定义，在承载力时不能被感应到，因为这种感应需要不承载力。此外，“力的载体（或介质）粒子”的概念来自无序理论，在相关性方面没有意义。

量子场论中的光子不被视为“小台球”，而是场量子——场中的涟漪，或看起来更像粒子的激发。信息素和电子一样，也可以被描述为场中的涟漪或激发，因为每种类型的费米子都有自己的场。简言之，量子场论中“万物皆是粒子和场”的经典观点，被解析为“万物皆是粒子”，也被解析为“万物皆场或场”。毕竟，粒子被认为是场中的激发态（场量子）。引力场和电磁场——自然界中唯一具有无限范围的经典兼容最小能量的基本场——通常被衰减并隐藏了它们的“准粒子”激发。1905年，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）将“准粒子”一词以及动量和能量之间的间歇换以及“场量子”的性质归因于电磁场。它的主要动机最初是解释辐射的热力学。虽然通常说光电现象和康普顿效应需要对电磁场理论进行定量描述，但这似乎是不正确的，而且辐射量子性质的正确证明现在已被现代量子光学采用，如光束对抗现象。 “光子”一词是著名物理学家吉尔伯特·牛顿·刘易斯（Gilbert Newton Lewis）于1926年借用的《光子和激光束的对立面》。

描述电磁场的正确理论量子场的“最小能量极限”，量子电动力学，被认为来自詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clark Maxwell）在1864年的理论，尽管量子电动力学的“经典终结”尚未像量子力学那样被广泛探索。假设引力场的正确理论量子场处理将变得和看起来完全像爱因斯坦的广义相对论在“最小能量极限”中。事实上，量子场论很可能与超弦理论等更大基础理论的“极限最小能量场论”相同，在这种情况下可以与有效场论相媲美。

量子场论的起源可以追溯到 1920 年代，当时是关于创建电磁场量子力学理论的问题。1925年，海森堡、马克斯·伯恩和帕斯夸尔·乔丹（Pascual Jordan）通过将场自由度表示为一组无限谐波振荡器并采用通常的量化程序来创建这样的理论。该理论假设没有电荷或电流，今天被称为自由场理论。1927年，保罗·狄拉克（Paul Dirac）发明了量子电磁学的第一个综合因果理论，它包含电磁场和带电物质（尤其是电子）。

从一开始就很清楚，从量子角度仔细处理电磁场需要以某种方式整合爱因斯坦的相对论，而这种紧迫性是量子场论发展的第二个动力。量子场论的另一个推动力源于戴拉克方程的发现，该方程最初被解释为类似于薛定谔方程的孤粒子方程，与薛定谔方程不同，狄拉克方程满足洛伦兹方差条件，即狭义相对论条件和量子力学规则。

尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）和莱昂·罗森菲尔德（Leon Rosenfeld）于1933年进行并于1950年重复进行的一项仔细分析表明，同时测量电场和磁场强度的可能性存在根本缺陷，这些电场和磁场强度用于描述不确定性原理中施加的电荷与辐射的相互作用，该原理应适用于所有合法共轭量。这代表了成功制定和解释光子和电子的量子场论（量子电学）以及任何湍流量子场论的需要的又一次成功。

量子场论发展的第三个挑战是需要轻松且一致地“站在多粒子系统统计上”。1927年，乔丹试图将场的合法量子化推广到包括相同粒子中的多粒子波函数。 另一方面，尽管量子场论取得了早期的成功，但它遇到了许多理论上的困难。当使用 1930 年代和 1940 年代可用的破坏性技术时，电子主观能量、电子状态的能量位移（能级）等基本量导致了无数相互矛盾的结果。

1940 年代末和 1950 年代初量子电磁学的“缓和困境”由 Hans Beth、Tommonaga、Schoenger、Wiemann 和 Daison 通过所谓的重整化解决了。

1970 年代，凝聚态材料物理学相变科学的进步也使 Leo Kadanov、Michael Fisher 和 Kenneth Wilson 提出了一套被称为统一小组的想法和方法。