费曼对粒子负能态解释中的问题

量子场论允许粒子既可处于正能态，也可处于负能态。早在1930年，Dirac

应用泡利不相容原理对粒子负能态提出了第一种解释，这就是有名的空穴理论[1]:当负能态中的一个电子跃迁到正能态时，所产生的空穴，便形成为正电子。这种解释无能研究电子和正电子的运动。后来费曼提出了第二种解释[1]，他用下述关于电子经典运动的一个简单公式来进行说明：

 m(d²z_i/ds²)=e(dz_i/ds)F_ij          (1)

从式（1）可知，将固有时s 的方向反演 ，同时将电荷取负值，式（1）将不改变。这表明“电子沿时间反向运动看起来就像是正电子沿时间正向运动” [1]。费曼认为，沿时间反向运动的电子就是处于负能态的电子。后来这一解释被进一步推广到其它反粒子，即认为，正粒子沿时间反向运动看起来就像是反粒子子沿时间正向运动。目前这种解释已成为基本粒子理论的主流，著名的费曼图就是建立在这种解释基础之上的。

可是，费曼对粒子负能态的解释是存在问题和缺点的：

1、费曼的解释难以在理论上导出，正、反粒子必然彼此要互相湮灭。

2、费曼假定正、反粒子的质量相等，结合湮灭的实验事实，必然要使得粒子系的质量不守恒，限制了质量概念的内涵，这常使人难以理解。

3、固有时s 是标量，不存在方向，“将固有时s 的方向反演”的概念和运算有问题甚至错误。

   因此，作者认为，对正、反粒子的关系以及负能态的解释尚须进一步研究。

参考文献

[1]费曼著，张邦固译.量子电动力学讲义.北京：高等教育出版社.