Page 247 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

第十三章 真空对称性破缺与相互作用场

真空对称性破缺机制不仅可以解释基底粒子的形成，还可以解释相互作用场（力场）的
形成。已知的四种基本相互作用都与特定的场相对应，电磁相互作用对应于电磁场，引力相
互作用对应于引力场，强相互作用对应于强力场，弱相互作用对应于弱力场，这些场通过媒
介粒子传递相互作用力，对应的媒介粒子分别是光子、引力子、胶子和中间玻色子。讨论力
场的作用机制本质上是讨论这些媒介粒子的形成及其作用机制，故问题可归结为：传递力的
媒介粒子是如何产生和起作用的？
一、电磁场与真空对称性破缺
电磁场存在于带电粒子的周围，它是一种广域场，可延伸至无限远的距离。经典电磁学
用连续的空间函数即每一点的场强描述电磁场的状态，电磁场的能量是连续空间函数能量密
度的空间积分。量子电动力学（QED）用量子场概念取代连续性场概念重新定义了电磁场，
提出带电粒子通过发射和吸收光子而相互作用。在量子场论中，电磁场属于规范场，电磁力
是电磁场的规范粒子交换的结果。光子是电磁场的规范粒子，两个带电粒子之间的电磁相互
作用是通过交换光子实现的。按照狄拉克提出的电磁场量子化方案，可将电磁场当作包含无
限多个不同频率的谐振子系统，它们规定了每一个空间点的电场强度 E 和磁感应强度 B，
这些谐振子可视为即生即湮的“虚光子”，电磁场就是各种能量的虚光子的集合。所以，要
搞清楚带电粒子周围的电磁场是如何产生的，其实就是要搞清楚这些“虚光子”是如何产生
的。这里以电子为例，以绝对真空模型为基础，探讨电子周围的电磁场的产生机制。
已知电子是一个非线性闭合弦加载一个能量为0.511MeV 的阴性物质波包所构成的体系
（如图 12-9d 所示），这个体系与真空背景之间可能存在着相互联系。可以把电子波包设想
为一个开放的系统，设想电子波包与真空之间不断进行着物质交换，如图 13-1 所示。图 a
表示电子的非线性闭合弦同时与真空中 n 条相消干涉弦发生偶联，偶联点位于非线性闭合弦
和相消干涉弦的切点，电子波包和相消干涉弦通过偶联点进行物质交换。图 b 是物质交换的
示意图，真空的相消干涉弦上的电磁波样物质通过偶联点进入电子波包，与此同时，等量的
电磁波样物质通过偶联点由电子波包进入到相消干涉弦，而且，这种物质交换必须是量子化
的，也就是说，进出电子波包的电磁波样物质是以波包的形式进行交换的。例如，真空相消
干涉弦上一个能量为 En 的物质波包经偶联点进入到电子波包，随即就有一个能量为 En 的物
质波包经偶联点从电子波包加载到相消干涉弦上，由此完成一次物质交换。已知电子的表观
物质波包是一个能量为 0.511MeV 的阴性物质波包，可用傅立叶方法将电子的表观物质波包
分解为 n 个分波的叠加，每个分波的能量为 En，那么电子的表观能量 Ee 可表示为
E e  nE n  . 0 511 MeV （13.1）

设电子的非线性闭合弦同时与 n 条干涉弦发生偶联，那么，电子波包通过每一个偶联点与相
消干涉弦交换的电磁波样物质的能量为
E . 0 511 MeV
E  n e  n （13.2）
n
En 是交换波包的能量。电子与真空进行物质交换的过程如图 13-1c 所示（图中虚曲线代表左
旋物质波包序列，实曲线代表右旋物质波包序列，带箭头的短划虚直线代表两个物质波包序
列叠加所形成的相消干涉弦，直线上面的每一个半波代表一个阳性物质波包，直线下面的每
一个半波代表一个阴性物质波包），能量为 En 的电磁波样物质以波包的形式由电子波包经偶

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