上周六讨论会上,RX Miao同学提到了两个问题:Why field?和Why potential?然后,让我来回答回答,我说不知道,后来被奚落一番。
他表达了他的观点:“势的引入是为了能量守恒。”缘由大概是如果没有势的概念,单有动能的概念不足以使能量守恒。场的引入大概是“因为我们的理论是局域的”。并且证明了保证整体动量守恒理论必须是局域的。这个证明倒是很不错。可惜这该同学不善记文献出处,故而无法引证。对于场这个概念确实应有其 深刻的物理背景,否则我高中时老师特别强调的那句话也就没有意义了。说:“Maxwell电磁场这个概念的提出是具有极其重要的意义的。”,当然看起来仍然是一句废话,根本就没有提到如何的有意义。应该说Maxwell电磁场确是场这个东西的第一个应用。Fraday的初衷就是要描述无处不在的连续的电场或磁场。我想这个初衷值得考虑。牛顿力学里面不需要引入场这个概念,因为数学上可有可无,力的概念完全可以代劳之。可是电磁场就不同了,由于电磁作用是一种相互作用,其要考虑的不是点与点之间的关系那么简单了,所以这时候需要一种全局观点来描述。不管怎样,场的初期就是这样被引入的。
而正如前面所讲,场的理论是局域理论。用场来描述相互作用最后发现它与超距作用是不能并存的,除非我们抛弃动量守恒和能量守恒。这个原因就在于前面的那个证明。而显然物理学简洁为美的原则是不会抛弃守恒律的,所以我们只选择场的局域理论。从这层意义上来看,场的引入能够使我们的理论更简单。这个问题涉及到超距作用这样一个概念。而这个概念和因果关系是密不可分的。在相对论的框架下,超距作用的意思就是在类空空间中的两点是否能够相互影响,因果关系成立与否则取决于对类空空间中的两点分别进行测量,而这两个测量是否不相互影响。我们的相对论性理论都要求因果关系成立,所以类空空间的两个测量是不相互影响的。不过,在这里我要提出一个疑问,有关量子纠缠态,或EPR佯谬:
两个电子组成的0自旋系统,然后使它们分隔很远, 这样一个体系就是研究量子纠缠态的基本体系。如果某一时刻,我们同时分别对两个电子进行自旋态的测量,一个在Z轴方向,另一个在X轴方向,而令Y轴为它们的连线方向。那么,两个测量结果分别是什么?
如果测量有先后的话那么它们的测量结果是很好预测的,不过这里谁先谁后对测量结果有重大影响,所以问题就比较复杂了。
或许,场引入的最终缘由就在于此。不过,场的涵义已经大大的不同于初期引入的涵义了。初期的场是很具体的,说明的就是一种空间的分布。现在的场的概念则不是这样的,涵义更广,不仅指空间的分布了,可以是任何一种分布 。并且其在某一具体的坐标系中的分量有着重要的物理意义。深入研究,我感到“场在进行谱分析后其分量为生成和湮灭算子”这样的意义背后有着更为深刻的原因。或许超距作用也可以,不过去验证这个的话应该是吃饱了没事干。
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