Page 80 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

换场量子而实现的，所以，粒子运动的动力学机制与各种力场的物理状态密切相关。本章只
讨论粒子在长程力场（电磁场和引力场）中的运动。

经典电磁场和引力场都是连续场，以场量随时空坐标连续变化为特征，经典电动力学和
牛顿引力理论对它们的描述都离不开场的连续性，所以经典力场是连续分布的向量力场。上
世纪初，爱因斯坦的光量子论揭示了电磁辐射的量子结构，即辐射由光子组成，电磁场便成
了光子场。关于带电粒子周围的电磁场的量子化是由狄拉克完成的。1927 年狄拉克首先提
出了电磁场量子化的方案：将电磁场当作包含无限多个不同频率的谐振子的系统，每个谐振
子的能量取值都是分立的，由量子力学得知，其能量为

E   n  1     ni =0,1,2,3,… （5.1）

i
 i 2  i
其中ωi =2πνi 为谐振子振动的角频率，ni 代表该谐振子不同能级对应之能量量子数。那么，
电磁场的总能量为
E   E i （5.2）
i
这实际上就表示电磁场系统由 n1 个频率为ω1 的光子、n2 个频率为ω2 的光子、……、ni 个频
率为ωi 的光子……所组成。电磁场的能量改变，便有一定数量的不同频率的光子产生或湮灭，
这相当于谐振子系统在不同能级之间发生量子跃迁。这种不断产生和湮灭的光子也被称为虚
光子，它们是电磁场的场量子。带电粒子周围的电磁场就是由无数个不同频率的虚光子组成

的，或者说电磁场的任一时空点都存在特定频率、特定能量和特定动量的虚光子即场量子。
设电磁场某一时空点的场量子（虚光子）的频率为νr，根据爱因斯坦的光量子理论，该场量
子（虚光子）的能量、动量和运动质量可分别表示为
h h
E  h ， p  r ， m  r （5.3）
r
r
r
c r c 2
Er 代表虚光子的能量，pr 代表虚光子的动量，mr 代表虚光子的运动质量，h 是普朗克常数。
引力场和电磁场一样服从平方反比定律，故可以采用与电磁场类似的方法对引力场进行
量子化，只需把场量子改换成引力子即可。这样一来，引力场可以看成是由无数个不同频率
的引力子组成，在引力场的任意时空位点上都存在着特定频率、特定能量和特定动量的引力

子。一个频率为νr 的引力子，它的能量、动量和运动质量同样可以用（5.3）式的三个方程
描写。
一般认为，经典场是一种连续分布的物质形式。经以上量子化处理后，连续分布的场就
被离散分布的场量子所取代，电磁场可以看成是各种能量的虚光子的集合，引力场可以看成
是各种能量的引力子的集合。量子电动力学用真空激化和真空量子涨落来解释电磁场的形成，
人们想象荷电粒子不断地发射光子，同时又不断地吸收光子，这样就在荷电粒子周围形成了
充满虚光子的电磁场。然而，根据物质绝对运动理论，可以建立一个绝对真空模型来解释场

量子的生成机制，虚光子和引力子等场量子实际上是场源粒子与真空进行物质交换的过程中
产生的（详见第十三章“真空对称性破缺与相互作用场”）。关于场量子如何传递力并起到
媒介粒子的作用，在量子场论中尚无定论，有一种观点认为，电磁场中的虚光子具有能量和
动量，荷电粒子俘获这样的虚光子后，获得了它的能量和动量，从而改变运动路线和运动速
度。但是，这一观点无法解释异性电荷相互吸引的事实，因为电荷源发射的虚光子的动量应
该指向远离电荷源的方向，荷电粒子吸收这种虚光子后应该朝远离电荷源的方向运动，无论
两者的电荷相同还是相反。正因为如此，有人认为虚光子并不是电磁力本身的传递者，它只

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