 场的概念，最早由拉法基提出，发扬于麦克斯韦建立的经典电磁场理论。20世纪，基于狭义相对论与量子力学，提出了量子场论。 量子场论统一了原有的粒子和场两大概念。 量子场论认为，场是比粒子更基本的物质状态。场具有基态和激发态，而粒子就是场的激发态。 就像平静的水面，代表着一种场的基态，一旦受到外界其他能量的扰动就会激发出水花、水珠，这些水花、水珠就相当于是粒子。 随着20世纪物理学界的两次革命，相对论与量子力学成为了整个物理学世界的两大基石。相对论颠覆了旧有的绝对时空观，统治了宏观世界；量子力学颠覆了旧有的决定论，以概率论描述了微观世界。 随后在观测微粒子的运行时，物理学家发现粒子们似乎一直处于一种高速的运动状态。于是，将描述高速运动状态的狭义相对论与量子力学进行了统一，这就是量子场论。
在量子场论的思想下，世界万物皆源于场，整个世界就是由不同的场叠加形成的。这其中有三大基本场。一是实物粒子场，也叫费米子场；二是媒介子场，也叫规范场；三是希格斯粒子场。 实物粒子场是描述构成这个世界所有摸得着看得见的实物粒子，包括山川、湖海、大地皆源于这些粒子。 媒介子场是描述这个世界的四大基础力是如何产生及作用的。这个场中的粒子包括：光子、胶子、W粒子、Z粒子以及还没有发现的引力子，它们都叫规范粒子。 希格斯粒子场，它主要是解决一些原本没有质量的粒子，如何生成质量的问题。简单来说，这个场就好像一个泥潭。与它发生相互作用的粒子进去之后，再出来就裹了一身泥，有了额外的质量。 以贝塔衰变为例，场与粒子的相互转变
上图是量子场论的，中子发生贝塔衰变的示意图。一条直线对应一种基本粒子场的基态，而当直线变得隆起，表明这个场受到了激发，生成了我们熟悉的粒子。 上图就是，中子场由激发态退激变成基态，释放的能量引起了质子场、电子场和中微子场的激发，所以生成了一个质子，一个电子和一个反中微子。 这就是量子场论描述的，基本粒子与场之间的转变关系。 根据量子场论，还能解释正反粒子如何湮灭，然后生成一个能量光子。而且如果我们把时间退回到宇宙大爆炸发生时不久，在温度大于10的15次方开尔文的时候，光子可以转换为质子和中子，以及各种粒子。 这就是宇宙之初，能量向物质的转换。 量子场论揭示的真空秘密。 真空，一般被描述成为没有任何实物粒子的理想空间，是一种纯净的空间状态。 所以说，在人们传统的认知中，真空代表着一无所有。但随着大量的理论以及实验的出现，越来越多的科学家逐渐意识到真空也有一定的物理结构，是一种物理实在。 这其中最出名的就是“狄拉克之海”。狄拉克认为真空是由负能量的电子，均匀地堆积出来的一个空间。而现在量子场论在此基础上进行了更深一步的延展，认为真空就是各种场处于基态的一种状态。 这意味着什么？基态，代表的是一种能量的最低状态。能量的最低状态，并不意味着没有能量。所以说，广袤的真空海，里面蕴藏着大量的能量，只是这种能量我们人类无法运用而已。如果把这种能量与熵的概念结合起来，可以理解为，真空里堆积着大量高熵能量。 而且这种能量已经被验证“卡西米尔力”的实验所证明。
在真空中，如果两个金属板的面积为1cm^2、相距为1μm，那么它们之间相互吸引的卡西米尔力约为10^−7N。 但理论与现实还是有不可逾越的差距。因为按量子场论估算，真空能量密度竟高达2×10103J/cm^3，而目前天文观测发现的真空能量密度仅为2×10−17J /cm^3，这差了120个数量级，即10的120次方。 这个巨大的误差，在物理学界目前没有一个被公认的回答。但真空具有能量，已经得到了公认，而宇宙中的所有粒子都在不停地与真空进行着能量交换。 总结 场就像是大海，孕育着无数的“粒子水珠”，这些水珠在大海面上不停地生成又不停地溟灭。只有当这些生成出来的粒子，由于其他原因，相互结合在一起，才能形成我们现在可以看到的，宏观世界里的实在物质。 这就是量子场论，给出的场与粒子之间关系的解释。 |
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