星空浩淼:
这里的“经典力学量”是指粒子的x和p等物理量?量子场论里面没有p,只有x,而且x不是算符,只是时空参数。
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虽然你这个地方说得不准确,但我明白你想说的意思。可惜,很多人就是在这个地方犯错,把两个不同问题搞混淆了。
的确,在量子场论中,与量子力学中不同的是,场量作为时空坐标的函数,其中的空间坐标与时间坐标是平权的,一同构成四维时空连续统,即空间坐标与时间坐标一样,都是参数——不象量子力学中,波函数中的时间坐标是参数,而空间坐标对应位置表象下的位置算符。我想这就是你想说的意思,对此我从一开始就是认同的。
但是,你想过没有:即使在量子场论中,每个场量子的空间位置和动量仍然存在测不准关系。进一步地,每一对正则共轭量都存在这种测不准关系,这无论在量子力学中,还是在量子场论中,这一点是不变的。事实上,人们之所以坚信引力也应该是量子化的,并且为此付出坚持不懈的努力,就因为人们坚信,测不准关系在引力那里也应该成立,它是普适的。
这是怎么回事呢?
举个例子来说明:例如,把经典力学中电子的相对论色散关系E^2=P^2+m^2利用Dirac矩阵线性化之后,再把的能量和动量换成算符作用于电子波函数,得到Dirac方程,这个过程就是所谓“一次量子化”过程,这无论在量子力学还是在量子场论中,都是一样的,只是在后者那里,电子的波函数进一步变成场算符(相关的话题本楼主贴已谈)。这就是说,即使在量子场论中,场所满足的量子力学方程本身,就可以看作是由经典力学中的色散关系通过把坐标和动量换成算符再作用于场算符而得到(色散关系中的能量算符是哈密顿算符,一般地,它是位置和动量的函数,尤其是包含势能情形)。即量子场论中,跟量子力学一样都存在这种把经典哈密顿量中的坐标和动量换成算符而变成哈密顿算符的过程,这跟量子场的“场算符作为时空坐标的函数,其中的空间坐标与时间坐标都是参数”并不矛盾。单个场量子的位置和动量之间(以及其他共轭对之间,例如频谱宽度与能级寿命之间),仍然存在测不准关系,这一点是普适的。
量子场论是多粒子理论,量子力学是单粒子理论(也有多粒子量子力学,那是另外的话题)。连续的经典场,量子化为离散的多粒子体系——此所谓“场量子化给经典的波动场赋予粒子性”;而对于经典粒子,到了量子力学那里,单个的粒子就有波动性,此所谓“一次量子化给经典粒子赋予波动性”——即量子场之所以是波动的,不是因为场整体才有波动性质,而是每一个单个的场量子就有波动性,场整体的波动性来源于单个场量子的波动性的叠加。
这就是说:一方面,量子场的场量作为时空坐标的函数,其中的空间坐标与时间坐标都是参数;另一方面,对于量子场中的每个场量子而言,其位置和动量、时间间隔和能量涨落、...等等之间仍然存在测不准关系。量子场论是兼容量子力学,而不是否定量子力学;量子力学是量子场论的低能近似(我不知道算不算树图近似)。
总之,“把经典哈密顿量H(x,p)中的坐标x和动量p换成算符而得到哈密顿算符的过程”,与“场算符作为空间与时间坐标的函数,其中空间坐标与时间坐标一样只是参数”这一事实,彼此不矛盾,因为这原本是两个方面的事情。从经典色散关系出发到到量子场满足的薛定谔方程,就存在“把经典哈密顿量H(x,p)中的坐标x和动量p换成算符而得到哈密顿算符”的过程,虽然量子场中包含的空间坐标变量只是一个参数。
(对于Dirac场而言,这一点是显然的;对于电磁场、Klein-Gordon方程,通过旋量表示或者其他办法,也能给出其量子场满足的包含哈密顿算符的薛定谔方程)。