概率波與粒子場

在量子力學(xué)中，一個粒子也是一個波，即概率波，其波動性由波函數(shù)描述，也就是在時空中的概率分布。

有趣的是，在量子場論中，所有的已知粒子都被視為，“某種場”的微小振動（或說激發(fā)），并且每一種粒子都有其對應(yīng)的場，如電子場、光子場（電磁場）、夸克場，如此等等，即：粒子是粒子場的最小激發(fā)單元。

因此，粒子的運動狀態(tài)，也可以通過粒子場來描述，也就是在時空中的相互作用。

場（Field）——在物理學(xué)上，是指每個時空點，都有一個物理量與之對應(yīng)。一個場可以是標量場、矢量場、或張量場，這取決于其所表示的物理量，是標量、矢量、還是張量。

那么，一個粒子的概率波與粒子場，這兩種視角有何不同呢？

• 第一，量子力學(xué)描述了單個粒子的運動規(guī)律，量子場論描述了多個粒子的運動規(guī)律。

• 第二，量子場論考慮了相對論效應(yīng)，也就是在微觀尺度引入了宏觀尺度的物理規(guī)律。

• 第三，在微觀上概率波沒有確定的物理實體，在宏觀上粒子場具有確定的物理實體。

注意，在某些情況下（如非相對論性的低能量區(qū)域），可以將量子場論簡化為量子力學(xué)模型來處理。

對此，格林在《宇宙的結(jié)構(gòu)》中，曾指出：

“量子力學(xué)的概率波，自身就可被看做是遍布于空間的場，而正是這種場，使得某個物質(zhì)粒子，按一定概率出現(xiàn)在某個位置?！?/p>

據(jù)此來看，物質(zhì)粒子可以通過自身的概率場，將其波動性（概率性）轉(zhuǎn)化為粒子性（實在性），即粒子、波、場這三者可以是統(tǒng)一的——如：電子既是一個粒子，也是一個波，還是一個場。

需要注意的是：

• 有波必須有場（波通過場的變化傳播，如電磁波），有場不一定有波（沒有變化的場，如靜電場）；

• 有粒子必須有波（粒子是波的坍縮），有波不一定有粒子（低概率檢測不到）；

• 有粒子必須有場（粒子是場的振動），有場不一定有粒子（沒有振動的場）。

可見，場具有潛在的波，波具有潛在的粒子——場可以是虛無（無波動），波可以是概率（不確定），粒子可以是實在（可觀測）。

而從物質(zhì)波的視角來說，物質(zhì)粒子具有物質(zhì)波與物質(zhì)場——物質(zhì)場提供了相互作用，物質(zhì)波則呈現(xiàn)了概率分布，即：物質(zhì)場通過相互作用，連接了微觀概率與宏觀實體。

例如，電子既是一個粒子，也是一個波，通過電子場的相互作用，電子可以從波動（概率）確定為粒子（實在）；同理，光子既是一個粒子，也是一個波，通過電磁場的相互作用，光子可以從波動（概率）確定為粒子（實在）。

簡而言之，場可以轉(zhuǎn)化波為粒子，即：相互作用可以——轉(zhuǎn)化概率為實在、轉(zhuǎn)化無形為有形、轉(zhuǎn)化虛無為現(xiàn)實、轉(zhuǎn)化信息為物質(zhì)。

或許，推廣到宏觀尺度，任何物體也都會具有——波與場。