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如果你问物理学家什么是粒子，他给出的答案可能是纯粹的数学术语。但我们所处的世界是物理的，数学只是用来描述物理现实的工具。如果再追问更具体的问题，一些物理学家只会告诉你，粒子就是我们探测到的那些物体，但这些答案并不令人满意。相反，我们想知道基于目前的认识，最好描述粒子的方法是什么。 
我们从量子力学中学到的关于粒子的知识是，我们可以从波包的角度来考虑光子。波包可以被看作一种粒子，类似的原理也可以用来描述其他的粒子。但它们的波动特性掩盖了粒子的特性，比如位置和动量。 
薛定谔方程在描述量子物体的波动性质方面效果很好，然而它也有一些局限性，特别是在速度接近光速的时候，它不能解释狭义相对论。为了解释相对论效应，空间和时间必须被同等对待。但是如果你看薛定谔方程，你会发现时间和空间并没有被平等对待。 
20世纪30年代，科学家们意识到，从量子化场的角度考虑量子物体，量子力学可以得到比薛定谔方程更好的公式。通过同等对待空间和时间，量子力学的方程可以进行修改以解释狭义相对论，这导致了量子场论的产生。 
在量子场论中，我们所说的粒子是在整个时空中传播的场中的量子化波。量子化场是描述像光子和其他快速移动物体的必要步骤，因为这些物体需要根据狭义相对论的规则来处理，它们在光速或接近光速时开始产生显著的相对论效应。 
量子场论不过是一个理论框架，将经典场论、狭义相对论和量子力学的思想统一起来。这个理论是这样的：想象一个平静的海洋，这是一个没有任何粒子的空场。现在想象一下海里有一个波浪，这是场中的粒子。每个粒子都是场的激发，就像海里的波一样，因为我们把粒子看作是波。 我们把“海洋场”看作量子场，就必须满足两个要求。第一，海洋中的波一定是离散的，这可以用波的振幅或高度来表示。因为在量子力学中，事物都有离散的量子化。假设波的高度是1米、2米或3米等，不同的高度对应着不同的粒子数。第二，真正的量子场从来不是平静的，它总是有一个最小的能态。假设我们说，1米波代表了场的最小能量状态，那么1米的最小能量称为真空能量。这意味着对于一个真正的量子场，空并不意味着什么，仍然有一些最小能量在。 
我们只能以整米为增量创建更高的波，因此如果我们没有足够的能量来增加至少一米的波，那么我们就不会对波产生任何变化。简单来说，不可能有1.5米或1.7米的波。所以，我们的量子场中充满了最小能量的1米波，如果波每增高1米，就会产生一个真正的粒子。 1米波来自量子真空，表示非空的最小状态，它们四处游荡，在某些地方有时可能暂时有足够的能量来创造出一个粒子。它们形成得很快，也会很快消失在波动的海洋中。它们是虚拟粒子，在我们周围来来去去。但它们无法被检测到，因为它们存在的时间太短。 由于虚粒子不能直接观测到，它们只能在数学上存在。然而，它们确实会产生其他可以探测到的效应，例如卡西米尔效应，这是两个板内部和外部虚粒子引起的压差而产生的效应。这是一种独特的效应，支持宇宙由量子化场组成的观点。 
量子场就像大海，它是波浪出现和消失的背景。就像能量可以在海中产生波浪一样，添加到场中的能量会产生我们所能观察到的粒子。所以在量子场中，我们有一个永远不会静止、永远不会空的场，如果我们有足够的能量，我们就可以创造出一个粒子。但是，你仍然应该记住，这只是一个看起来符合现实的数学构造。 如果你把这个概念扩展到其他粒子，我们必须想象在海洋之上还有其他海洋，这代表着每个基本粒子的不同场。这一理念引领我们走到了今天，我们有一个叫做标准模型的一般理论，在这个模型中，我们包含了所有已知的基本粒子，我们给每种粒子分配了单独的场。 
是时候来个总结：基本粒子是不断变化的量子场中的激发。场的数量至少与标准模型中粒子的数量一样多。每个粒子都可以在其场中传播。这些场的相互作用和能量交换导致粒子产生和湮灭。 |
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