什么是粒子？量子场论这样解释

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。

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。

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。

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。