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暗物质构筑物理学天文学新框架84- 「绝对精品」量子场论问题

已有 1419 次阅读 2023-3-26 18:53 |个人分类:暗物质构筑物理学天文学新框架|系统分类:科研笔记

量子场论问题

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12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。

数学上,在每一点上都有一个算子,即空间中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,无限小地靠近它之处有另一个点,对应另一个算子。当你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:“现有的理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一种建立在严格的数学基础上的理论,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,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。而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,而所得到的无穷大又怎能同自然界相符合呢?”

后来重整化技术的集大成者威尔逊认为,量子场论之所以会出现无穷大,是因为对于非常短距离的物理理论是未知的,所以将物理理论在某个短距离处截断,那么就可以避免无穷大。比如,为了避免量子引力出现无穷大,可以用普朗克尺度做截断;比如,为了避免固体物理中出现无穷大,可以用晶格常数做截断。因此,威尔逊得出结论:任何量子场论都天然的带有一个紫外截断,并且这个截断有物理意义。

任何物理学家都可能会受到时代和当时实验手段的限制而做出不正确的论断,包括狄拉克和费曼也不例外。当然也有超越时代的先行者,在量子场论重整化的问题上,这个先行者就是威尔逊。然而,量子场论已经在很长的时间里几乎没有任何进展,或许量子场论已经走进了一条死胡同。

首先,必须明确量子场论的研究对象是空间还是物质。空间是连续的,但物质是散布于空间的。而相对于净空,物质粒子占用的空间可以忽略不计,完全可以看做是一个质点。这是量子场论能够突破的关键。明明是研究场物质的理论,却偏偏跑偏到研究空间的理论,怎么能不出现这种无穷大呢?正反粒子对产生与湮灭本来是场态粒子和显态粒子的相互转化,却被认为是物质凭空产生与消灭。如果量子场论不是以物质为研究对象,而仍是以空间为研究对象,将不可能取得更大突破。

其次,不同粒子间交换粒子,这是无法取得重大突破的另一个原因。本来是粒子间的相互作用并交换能量,偏偏认为是交换粒子。能量可以认为是虚拟粒子,但能量就是能量,相互作用就是相互作用。如果一定认为是交换粒子,那么交换的粒子放在哪里?空间是连续的,任意一个及其微小的空间,必须时时刻刻不停地向所有的空间都要发射粒子。一个前提是必须是向所有空间发射,因为电场力、磁场力和引力在空间上是连续的,向所有空间都发射粒子,意味着单一时刻发射无数个粒子;另一个前提是时时刻刻,因为电场力、磁场力和引力在时间上是持续的,任何微小时刻都在发射粒子。如果任一时刻不发射粒子,力就会中断,如果不向任一空间发射粒子,力就无法持续。不但要向所有空间持续发射粒子,而且必须接收所有空间发射来的粒子,且一个不能中断。

最后,一种粒子对应一种场也是量子场论的一大失误。实际上,这些场都是场态粒子的不同形式的势能。场态粒子并没有什么本质区别,场态粒子都能被电离为正反粒子,正反粒子对都能结合生成场态粒子。并不是场态粒子的不同而产生不同的场,而是场态粒子不同形式的势能才产生了不同形式的场。

总之,量子场是研究场物质的科学,绝不是研究净空的科学,净空不具有场物质的特性,这些特性是隐身的场物质赋予真空的。场的传递不是交换粒子,而是相互作用交换能量。另外,根本不是不同形式的场态粒子对应不同的场,场态粒子没有本质区别,实际上是场态粒子不同形式的势产生了不同的场。

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