【电磁学高级】场是一种物质吗？毁三观的量子电动力学

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精华笔记 

我们知道微观世界都是量子化的，但是电场和磁场在宏观世界被认为是连续的，那么电磁学中的物理概念在微观世界是什么样的呢？

一、什么是电磁场？
1. 电磁现象首先体现为电磁力。比如在一个电荷周围放置另外一个电荷，两个电荷之间会有相互作用，电流周围产生的磁场也有类似的效果；

2. 如果将一个带电量很小的检验电荷放在一个被检验电荷周围，并把检验电荷在所有距离和方位受到的力都测量出来，这样就有了电磁场的概念，就好像被检验电荷在周围产生了一片具有特殊性质的区域；

3. 可以用电场线和磁场线来表示电场和磁场的强度，场线越密集就表示强度越大；

正负电荷在空间中形成的电场

二、量子电动力学
4. 场是人为制造的概念。在微观层面，电磁相互作用的本质是光子的交换，这就是量子电动力学的基本物理图像；

电磁力中光子的交换

5. 很多课本中都讲过场是一种物质，但并没有给物质下一个明确的定义。在微观层面，相互作用的描述，是比物质的概念更加本质的；

6. 在交换光子的物理图像下，这些被交换的光子拥有各种性质，在实验中也会反应出能量、动能等似乎是既定观念中的“物质”的特性；

三、费曼图
7. 因为对量子电动力学的突出贡献，费曼、朝永振一郎和施温格三人，于1965年获得了诺贝尔物理学奖；

8. 一个电磁相互作用的过程，可以用概率波的语言和路径积分来描述。比如一个电子和另外一个电子的碰撞，这个过程不是一个单一过程，而是所有可能的过程都存在，并且每个过程的贡献不一样。可以是电子先跟光子作用，光子再跟另一个电子作用；也可以是电子先跟一个光子作用，再跟一个正电子作用，正电子跟负电子湮灭后产生新的光子，再跟另一个电子作用；

9. 这样就可以把所有的贡献计算出来，最后再算出一个总贡献。费曼的一个重要发明是费曼图，它可以把每个子过程都用图表示，每个图的数值贡献是固定的，最终的结果只是所有图的贡献之和。

各式各样的费曼图