2、量子场论：现实的基石

量子场论：现实的基石

20 世纪初，确切地说是 20 世纪 30 年代的欧洲，见证了人类历史上最伟大的理论之一——量子力学的诞生。经过近一个世纪的发展，这个充满想象力的奇迹不断演变并衍生出多个方向，其中之一便是量子场论（QFT）。如果你热爱物理学并希望理解事物为何如此，那么你必须深入了解 QFT。它被誉为历史上最成功的理论，自 20 世纪 50 年代以来一直占据主导地位，并催生了粒子物理学的标准模型。这一模型是对自然界在最小尺度上运行方式的现代观点，无数实验和仪器，如大型强子对撞机（LHC），一次又一次地证明了它的正确性。

故事始于 1900 年，当时开尔文勋爵在英国皇家科学学会前宣称：“物理学已无更多可发现之处”。这在当时是一个强有力的声明，但事后看来显然是错误的。或许我们应该感谢勋爵的大胆断言，因为正是这样的声明促使他人去证明其错误。30 年后，这一断言在德国受到了考验。

大约在 20 世纪 30 年代，伟大的德国物理学家马克斯·普朗克（1858 - 1947）正在研究黑体辐射问题，特别是紫外灾难。为了理解这个问题，我们先回顾一下材料在不同温度下发出多种颜色光的物理学原理。1900 年，英国物理学家瑞利勋爵推导出一个近似公式来预测这一过程。为完成这项任务，瑞利使用了所谓的黑体，这是一种简单的物体，它能吸收和发射光，但不反射光。需要注意的是，“黑体”并非指其颜色为黑色，而是指它只吸收和发射光而不反射光，因此观察时能看到它发出的光或辐射。瑞利的工作被称为瑞利 - 金斯定律，用于描述黑体的光谱辐射，它是波长λ（拉姆达）和开尔文温度（K）的函数：

[
B_{\lambda}(\lambda, T)=\frac{2 c k_{B} T}{\lambda^{4}}
]