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解密暗物质共有400集,此为第21集。
量子场论是一个非常成功的理论,精确度可以达到小数点后13位,这是物理学乃至整个科学界最伟大的成就之一。这也可以说有一种哲学境界,即数学上不合理的有效性。
量子场论认为:真空具有质量、惯性等动力学特性,也具有电荷、自旋等基本粒子特性,还具有能量特性,并能测量出其温度,而且能够采用数十种方法电离出正反粒子。量子场论认为这些物质性质是真空所具有的。真空不应该具有这些物质性质,量子场论只能将真空进行各种弯曲,才让真空具有各种物质性质。怎样扭曲空间才能具有不同的物质性质,为什么这些物质性质不能是场物质所具有的?经典场论是研究场物质的科学,而量子场论却成为研究扭曲空间的科学。
量子场论是一个非常奇妙的理论,尽管它可以得到物理学中与实验符合精度最高的结果,但是在非常短距离积分处却会导致无穷大,只能采用空间截断的方法才能避免这种尴尬。
数学上,在每一点上都有一个算子,即空间的每一点上都有一个无限维矩阵,作用于希尔伯特空间。这个算子本身就很复杂,很难定义,因此数学上是极其复杂的。在一个点旁边,无限小地靠近它的另一个点,对应另一个算子。当观察越来越小的距离尺度时,会出现无穷大。解决这一问题的一种方法只能是假设空间不是连续的。正是这一原因,像狄拉克和费曼等20世纪的顶尖物理学家才会批评量子场论。
对于量子场论的重整化技术,狄拉克的最后一篇文章《原子物理的未来》中批评道:“现有的量子场论是这样的一个理论,当试图去解其中的方程时就会出现无穷大的量。这些无穷大量可用重整化的方法加以消除。这样得到的理论并不是建立在一种严格数学理论的基础上,确切地说,它只不过是一套处理规则而已。”也就会说,重整化并没有严格的数学定义,也无法解释其中的物理意义,所以理论并不是在所有尺度下都适用。
量子场论中电子反常磁矩的精确计算值使用的数学技术就是重整化。就连利用重整化技术计算出电子反常磁矩的理论物理学家费曼也对该技术批评道:“看来如果我们取量子力学加上相对论,加上每一样东西都是定域的命题,再加上几条默认的假设,这样就会陷入相互矛盾的境地。因为当计算不同的东西时,我们得到的是无穷大,所得到的无穷大又怎能同自然界相符合呢?”
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