请教一个物理问题
对于一个粒子而言，在该粒子的Compton波长范围以内考察这个粒子时，“粒子”这一概念是否失效？
我个人的看法是：此时，至少单粒子概念已经失效。
我的这个问题可以推广到一切有效质量不为零的粒子情形，此时Compton波长是用有效质量来定义的。
例如，在散射物体小于光源波长时，散射光同时包含远场（辐射场）和近场（非辐射的evanescent场），近场光是包含相互作用的电磁场，可以把它当作自由场来量子化，相应的量子称为“虚光子”或激子－极化子，它存在有效质量（来自于相互作用的贡献），传递短程局域的相互作用（用汤川势描述）。我们知道，电磁场中纵场和标场不需要量子化。但是，如果把库仑场和电子之间的相互作用包含在内，则可以量子化，对应的元激发量子即是前述的激子－极化子。
| 论坛嘉宾: sage |
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星空浩淼  发表文章数: 799
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 One may view the world with the p-eye and one may view it with the q-eye but if one opens both eyes simultaneously then one gets crazy
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nonlocal cat 发表文章数: 52
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如果粒子有荷，比如电荷，那么粒子的意义一直都有效；即使两个粒子近到一个波长以内，荷间作用不会改变。
但粒子所携 云 的作用，比如电子周围的光子云，会因为两个粒子间的距离变化而骤然变化，描述这种变化的理论就是重整化群理论，当然了，只适用于可微扰处理的理论。 荷是鸡蛋黄，云是鸡蛋青，想抓住鸡蛋黄是不是很难；想让两个蛋黄相撞是不是也很难 引力场中的能量和量子场中的能量都是非定域的。
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ymytm  发表文章数: 44
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康普顿波长可看成是能量、动量等守恒定律适应范围的量度，我们知道这些守恒定律只是个长效定律，而它们又与时空对称性有关系，可以认为康普顿波长之内时空失去对称性，失去的原因正是现代物理研究的课题：我认为可能有两个原因：1，是由于4维时空其对称单元不能充满本身时空间的矛盾造成。2，是由于存在额外的维度造成的，即可能我们是十维世界，另6维卷曲的在康普顿波长之内表现出来。
欢迎到我的博客http://ymytm.blog.sohu.com/
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星空浩淼 发表文章数: 799
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如果粒子有荷，比如电荷，那么粒子的意义一直都有效；即使两个粒子近到一个波长以内，荷间作用不会改变。
－－－－－－－－－－ 在粒子康普凳波长范围以内，由于多粒子现象不能忽略，所以此时原来的单粒子概念不再适用。 One may view the world with the p-eye and one may view it with the q-eye but if one opens both eyes simultaneously then one gets crazy
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星空浩淼 发表文章数: 799
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ymytm你谈的纯属自己的想当然。如果你学过量子场论，你就不会这样瞎猜测了。你楼上的那位仁兄虽然表述不太清楚，却大致说得对。
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ymytm 发表文章数: 44
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在粒子康普凳波长范围以内，由于多粒子现象不能忽略，所以此时原来的单粒子概念不再适用。
多粒子现象的产生恰好说明能量守恒等定律的局部失效,实质是时空Compton波长范围以内已有不均匀性,这和WMAP所发现整个天空宇宙微波背景辐射在细尺度上的不均匀性一致的.如果我们阐述的仅仅是量子场伦的观点还到这里讨论什么? 欢迎到我的博客http://ymytm.blog.sohu.com/
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nonlocal cat 发表文章数: 52
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如果粒子有荷，比如电荷，那么粒子的意义一直都有效；即使两个粒子近到一个波长以内，荷 间作用不会改变。
－－－－－－－－－－ 在粒子康普凳波长范围以内，由于多粒子现象不能忽略，所以此时原来的单粒子概念不再适用。 －－－－－－－－－－ 那你怎样才能提供一种计及多粒子现象的算法？或提供一种物理图像，我们努力一起找个算法。重整化群方法确实是单粒子图景下的算法，但是计及了象真空极化、自能等等这种简单的多粒子效应。 引力场中的能量和量子场中的能量都是非定域的。
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卢昌海  发表文章数: 768
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:: 多粒子现象的产生恰好说明能量守恒等定律的局部失效,
This is totally wrong, energy is conserved during particle creation/annihilation processes. :: 实质是时空Compton波长范围以内已有不均匀性, Again totally wrong. Even if you are merely talking about spacetime metric being non-flat (which, strictly speaking, is always true), it's irrelevant here. :: 这和WMAP所发现整个天空宇宙微波背景辐射在细尺度上的不均匀性一致的. Unevenness of physical phenomena doesn't mean spacetime is uneven (again, if what you mean is spacetime metric being non-flat, it's a correct statement but irrelevant to this discussion - just like you can always assert "Sun is bigger than Earth", which is a correct statement but irrelevant to what people are discussing about). :: 如果我们阐述的仅仅是量子场伦的观点还到这里讨论什么? There are a lot for people to learn and discuss in QFT. 宠辱不惊，看庭前花开花落
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nonlocal cat 发表文章数: 52
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:: 多粒子现象的产生恰好说明能量守恒等定律的局部失效,
::This is totally wrong, energy is conserved during particle creation/annihilation processes. ----------------------------------------------- "energy is conserved during particle creation/annihilation processes" 这句话只对散射粒子（s）渐进自由的时候是正确的，而现有的场论恰好都是在这个条件下建立的："相对论性粒子的碰撞 ---> 渐进态 ---> 散射矩阵 ---> 微扰论 ＋ Lorentz 不变性 ＋ 局域性 ---> 场论". 两个粒子无限靠近时的Hamiltonian到底是什么样，守不守恒——天知道；这句话大致意思是Dyson说的，具体词忘了，48年或49年文章里的，原话很长。 基于上述：现有的场论不适合讨论一个波长以内的低能过程，诸如玻色爱因斯坦凝聚或夸克凝聚之类的问题，但是胡猜乱想还需谨慎些。而高能过程中产生的多粒子激发由于参与的粒子的波长都很短，这种激发又大多产生于粒子碰撞之间的真空中（真空——鸡蛋青或鸡蛋青之间的水），参《QCD》by Greiner，深度非弹散射，所以现有的场论对非ABel的高能过程还是蛮不错的拉。 引力场中的能量和量子场中的能量都是非定域的。
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卢昌海 发表文章数: 768
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Whether Dyson said something like that or not doesn't matter, his words in that particular statement in that particular period is not a good reference for us. 1940s is a time when QED was facing the problem of divergences, while some physicists are developing the theory, some others (N. Bohr be the most famous one, Pauli and Dirac are also in the camp) are considering giving up energy conservation. They were wrong on that (at least at the scale they were talking about), but because of their fame, their opinions do have certain influence among physicists.
Energy conservation is not a particular feature of field theory. Experimentally there is no confirmative evidence of energy non-conservation. Especially, the so-called energy-time uncertainty principle dosn NOT mean energy non-conservation (just in case anyone derives opinion from that). This said, we do not claim all theory must obey energy conservation, nor do we claim energy must be conserved at any scale (for instance up to the Planck scale). but Energy non-conservation does NOT occur at the scale of Compton wavelength - which can be as large as 10^10 cm or even larger (for neutrinos). 宠辱不惊，看庭前花开花落
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星空浩淼 发表文章数: 799
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那你怎样才能提供一种计及多粒子现象的算法？或提供一种物理图像，我们努力一起找个算法。重整化群方法确实是单粒子图景下的算法，但是计及了象真空极化、自能等等这种简单的多粒子效应。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 我这里主要涉及概念问题，不必谈到算法。 具体来讲，相对论性量子力学之所以存在局限性，之所以最终让位于量子场论，原因就在于它属于单粒子概念上的理论，当多粒子现象可以忽略时，它才近似适用。当动量足够高(或者空间距离足够小）时，即在相对论极限下，多粒子现象不能忽略，此时只有量子场论才可以给出恰当的描述。 那么什么叫做“多粒子现象”呢？比如一个电子，在远距离考察它时，它是一个电子，属于单粒子概念上的东西；但是在它的Compton波长范围内时，由于能量起伏足够大，以致于在这个空间中，（虚的）正负电子对的产生和湮灭现象不能忽略（伴随的还有虚光子的产生与湮灭）。而且原来的电子可以跟虚电子对中的电子发生交换，使得它跟虚电子对中的正电子湮灭，而虚电子对中的那个虚电子则变为实电子，这种情形可以描述为zitterbewegung现象，它可以产生可观察效应（例如产生能级移动）。因此，在电子的Compton波长范围内“看到的”不再是原来的单个电子，而是存在多个粒子在不断的产生和湮灭之中——原则上有无穷多粒子，因为利用Feynman图描述时，原则上存在无穷多阶圈图修正。当然，能量不够高，或者空间距离不够小时，高阶圈图贡献可以忽略。 一方面，由于Feynman图的每个顶角都满足能量和动量守恒，因此说“近距离不满足能量守恒”是不对的。另一方面，人们描述测不准原理或真空涨落时，总是说“先从真空中借一部分能量，然后又还回去”，因此在这里也不能说能量不守恒。从局部看似乎不守恒，但从更大的范围看，整体仍然守恒。这就如同一个人刚吃完饭，体重增加了，单纯考察这个人，觉得违背能量守恒，但是把人跟外界联合起来看，人吃了东西，外面就少了那些东西，总的能量仍然守恒。 One may view the world with the p-eye and one may view it with the q-eye but if one opens both eyes simultaneously then one gets crazy
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nonlocal cat 发表文章数: 52
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"从局部看似乎不守恒，但从更大的范围看，整体仍然守恒。"
I agree with this viewpoint. This is the case, and all the case! 科学如此曼妙，是我一生永恒的恋人，我有个野心就是在中国能建立世界一流的物理研究院，广纳天下之贤
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ymytm 发表文章数: 44
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如果你懂得一些量子物理学,你也许会知道,能量只是在一个长的过程中守恒,而不一定在有限时间间隔里也守恒.量子力学的这一特点,可以视为海森堡不确定性原理用到能量和时间上的一种表现形式. -------盖尔曼
关键在于微观的量子行为是单粒子行为,还是多体系的统计行为.如果你认为量子行为是多体系的统计行为那就是停在爱因斯坦当初对量子力学的看法.其实微观粒子的量子行为是单粒子行为,我们无法知道粒子的细节行为,是粒子本身的特有特征,守恒定律不能制约粒子细节行为其根本原因如上盖尔曼所述.而守恒定律又和对称有关系,因此从能量守恒和动量守恒定律在小间隔(时间和空间)的失效推断微观(康普顿波长内)时空存在不均匀性也是自然的结论.而假设微观存在额外维度来解释微观时空的对称失均,从而解释能量守恒和动量守恒定律在小间隔(时间和空间)的失效.也很自然,因为在更高维空间看低维空间的对称就不对称了(如同在三维空间看二维平面的圆).现在科学家们正在寻找我们这世界存在额外维度(即另外6个维度)的证据,依我看微观世界的量子行为就是时空存在额外维度的最好证据. 欢迎到我的博客http://ymytm.blog.sohu.com/
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卢昌海 发表文章数: 768
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One needs to distinguish between local non-conservation (局域不守恒) and partial non-conservation (局部不守恒). Energy is locally conserved (as far as current experiments are concerned). Energy is obviously not partially conserved, no conservation law (charge, momentum, energy, lepton number, etc) will ever make any sense if one is allowed to consider a partial system.
==================== Quoting scientists' words can be very misleading if you don't put them back into full technical context. I have commented this in a previous article: http://changhai.org/rssindex.php?url=contents/science/philosophy/meaning_of_quotes.html There are too many contradictory statements one can quote from famous scientists. Given time, I can even write a book quoting those statements, let scientists fight an interesting game against each other. To demonstrate whether energy is conserved or not, the best way is to ask oneself a simple question: is there an experimental situation, in which even after one takes into account all phyically known factors, energy is still not conserved? 宠辱不惊，看庭前花开花落
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星空浩淼 发表文章数: 799
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One needs to distinguish between local non-conservation (局域不守恒) and partial non-conservation (局部不守恒). Energy is locally conserved (as far as current experiments are concerned). Energy is obviously not partially conserved, no conservation law (charge, momentum, energy, lepton number, etc) will ever make any sense if one is allowed to consider a partial system.
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 我上面说的意思应该属于partial non-conservation (局部不守恒). 连续性方程常常可以表达成微分方程形式，因而是局域的（local），与之相关的守恒量对应积分表达式，属于整体的（global），此时的“局域的”（local）跟“局部的”（partial）没有分别？ One may view the world with the p-eye and one may view it with the q-eye but if one opens both eyes simultaneously then one gets crazy
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卢昌海 发表文章数: 768
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Having a conserved global charge doesn't change the local nature of a conservation law. A conservation law needs to be local because otherwise it won't be a conservation law in all reference frames. A partial system can always violate conservation law.
宠辱不惊，看庭前花开花落
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nonlocal cat 发表文章数: 52
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我上面说的意思应该属于partial non-conservation (局部不守恒).
连续性方程常常可以表达成微分方程形式，因而是局域的（local），与之相关的守恒量对应积分表达式，属于整体的（global），此时的“局域的”（local）跟“局部的”（partial）没有分别？ －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 多嘴：我翻译一下昌海的意思： 局域的（local）的微分方程形式需满足Noether守恒律 “局部的”（partial）不知道，爱咋咋地吧 此木为柴山山出
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卢昌海 发表文章数: 768
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由于星空兄帖子中“局部不守恒”中的“局部”指的是部分体系，因此我用“partial”来表示。单纯从词义上讲，英文单词partial与中文词语“局部”并无互译关系（“local”倒是既可以表示“局部”，也可以表示“局域”）。因此上述英文词汇的用法仅限于本主题的特殊“语境”，“partial non-conservation”也并非标准英文术语，其用法也仅限于本主题。
宠辱不惊，看庭前花开花落
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sage 发表文章数: 359
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具体来讲，相对论性量子力学之所以存在局限性，之所以最终让位于量子场论，原因就在于它属于单粒子概念上的理论，当多粒子现象可以忽略时，它才近似适用。当动量足够高(或者空间距离足够小）时，即在相对论极限下，多粒子现象不能忽略，此时只有量子场论才可以给出恰当的描述。
I don't understand this statement at all. What is your definition of multiparticle phenomena? Please 1) give one observable which measures the multiparticle phenomena. 2) demonstrate that quantum field theory gives wrong prediction for this this observable. 那么什么叫做“多粒子现象”呢？比如一个电子，在远距离考察它时，它是一个电子，属于单粒子概念上的东西；但是在它的Compton波长范围内时，由于能量起伏足够大，以致于在这个空间中，（虚的）正负电子对的产生和湮灭现象不能忽略（伴随的还有虚光子的产生与湮灭）。而且原来的电子可以跟虚电子对中的电子发生交换，使得它跟虚电子对中的正电子湮灭，而虚电子对中的那个虚电子则变为实电子，这种情形可以描述为zitterbewegung现象，它可以产生可观察效应（例如产生能级移动）。因此，在电子的Compton波长范围内“看到的”不再是原来的单个电子，而是存在多个粒子在不断的产生和湮灭之中—— 原则上有无穷多粒子，因为利用Feynman图描述时，原则上存在无穷多阶圈图修正。当然，能量不够高，或者空间距离不够小时，高阶圈图贡献可以忽略。 Vaccuum fluctuation is beatifully capture by quantum field theory. It is much better to just field theory then "talking about pictures". 一方面，由于Feynman图的每个顶角都满足能量和动量守恒，因此说“近距离不满足能量守恒”是不对的。另一方面，人们描述测不准原理或真空涨落时，总是说“先从真空中借一部分能量，然后又还回去”，因此在这里也不能说能量不守恒。从局部看似乎不守恒，但从更大的范围看，整体仍然守恒。这就如同一个人刚吃完饭，体重增加了，单纯考察这个人，觉得违背能量守恒，但是把人跟外界联合起来看，人吃了东西，外面就少了那些东西，总的能量仍然守恒。 Energy conservation is a result of symmetry of theory. It is locally conserved. The only way to establish it is not conserved is again define one obervable process in which energy is not conserved.
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sage 发表文章数: 359
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在粒子康普凳波长范围以内，由于多粒子现象不能忽略，所以此时原来的单粒子概念不再适用。
多粒子现象的产生恰好说明能量守恒等定律的局部失效,实质是时空Compton波长范围以内已有不均匀性,这和WMAP所发现整个天空宇宙微波背景辐射在细尺度上的不均匀性一致的.如果我们阐述的仅仅是量子场伦的观点还到这里讨论什么? ------------------------------------------------------------------------- At least you should understand quantum field theory first, before discussing whether it is good. Please do the follow exercise: 1) pick quantum field theory of any particle and interaction. 2) construct the energy momentum tensor. 3) Do a mode decomposition. demonstrate that whether the energy momentum tensor is conserved depends on the length scale. This is the only way to convince anyone 1) you know what you are talking about. 2) you might have a point.
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星空浩淼 发表文章数: 799
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I don't understand this statement at all. What is your definition of multiparticle phenomena? Please 1) give one observable which measures the multiparticle phenomena. 2) demonstrate that quantum field theory gives wrong prediction for this this observable.
——－－－－－－－－－－－－－－ 我这里的“多粒子现象”，泛指用单粒子意义上的相对论量子力学无法解释、而用量子场论可以解释的现象。严格说来，当Dirac引入空穴概念时，他的电子理论已经不是单粒子意义上的量子力学理论。 Energy conservation is a result of symmetry of theory. It is locally conserved. The only way to establish it is not conserved is again define one obervable process in which energy is not conserved. —————————————— 我本人本来没有谈到能量守恒问题。为了回答前面两位的帖子，按我的理解，他们把“系统某部分的能量随时间而变化”误解为能量不守恒定律失效，所以我才有了前面的回答。 因此我谈到的“不守恒”，应该是昌海兄说的“部分不守恒”。比如单独考察太阳，太阳由于不断地辐射，使得它的能量随时间不断地在减少，因此太阳的能量不守恒：太阳的总能量对时间的导数为负，而不是为零！但是由于Noether荷密度对全空间的积分关于时间的导数为零，因此这不违背能量守恒定律：太阳失去能量，太阳以外的地方获得能量，因此总的来看能量仍然守恒——如果直接用连续性方程来描述，则是：太能量密度随时间的变化，等于太阳能流密度的负散度。 按照以上理解，应该直接把连续性方程本身看作是对守恒定律的数学描述（而不只是狭义地描述为Noether荷密度对全空间的积分对时间导数为零），由于它是微分方程，因此这种守恒定律是在局域意义上成立的。 我们讨论问题时，可能经常遇到没有采用书上标准术语、而比较口语化的情况，此时只能根据具体语境来理解，不能因为不符合书上的标准表达就认为是错的。我读高中的时候，老师问一个同学：在地面斜向上抛一个物体（物体做抛物线运动），当物体到达最高点时，物体是否处于瞬时速度为零的状态？同学问答说：不是，因为还有一个“横着的”速度。这位老师没有因为死板而批评这位同学（这点与其他老师不同），而是表扬他回答正确，同时纠正他说“应该叫水平速度，不叫横着的速度”。这个场景让我们全班同学留下深刻印象。 One may view the world with the p-eye and one may view it with the q-eye but if one opens both eyes simultaneously then one gets crazy
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ymytm 发表文章数: 44
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按我的理解，他们把“系统某部分的能量随时间而变化”误解为能量不守恒定律失效，
----------------------------------------------- 搞清宏观和微观的巨大差别很重要,微观的极小尺度(时空)能量和动量守恒的失效(时空的小尺度的不均匀性,即真空涨落)是产生多粒子的原因,而不是在微观“多粒子现象”是造成“近距离不满足能量守恒”的原因. 至于进一步理解"真空涨落"涉及量子力学的基本问题,我认为量子力学之所以抽象,神秘不好理解,是因为我们从宏观的4维世界看微观世界,如同在2维平面描述立体几何(刚学立体几何时在平面画立方体等立体图形对缺乏空间想象力的人是很难搞懂的),如果科学能够证实我们这个世界存在额外维度,并能确定其维数,那么就有希望在不久将来看到量子力学的新的表述. 欢迎到我的博客http://ymytm.blog.sohu.com/
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dfj 发表文章数: 186
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一个干馒头（单粒子）砸碎后会变成多粒子，但是好像能量没有不守恒啊
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walk_f 发表文章数: 31
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"对于一个粒子而言，在该粒子的Compton波长范围以内考察这个粒子时，“粒子”这一概念是否失效？
我个人的看法是：此时，至少单粒子概念已经失效。" ===== 都忘记了什么叫Compton波长 ？ 不过对电子而言 Compton波长应该是表征从经典效应走向量子力学效应的尺度 "多粒子效应" 是对应相对论性量子效应出现的标度(应该取决于能量和物理谱相互作用的关系) 对波色子来说 情况可能倒过来 光子 大尺度低能量下面反而表现不出粒子性 能量越高反而粒子性越明显 very thing will be OK
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Re: 请教一个物理问题 
Re: 请教一个物理问题 
Re: 请教一个物理问题 
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