怎么理解狄拉克海?

怎么理解狄拉克海?

根据Dirac方程,自由粒子有正能解和负能解,到了量子场论里面要二次量子化后,对应于正粒子和反粒子,即正能的激发和负能的激发。

负能的激发?

这下可好,为了保持能量最低,负能会优先被激发,能量没有下限了,“真空”就不是基态了。

Dirac想那没关系,我们重新定义真空——真空如果本来就是填满了负能的粒子,像海一样,那任何激发就只能是正的了。

妙啊~妙啊,但是我们主观上没法接受真空不空的这个想法。无数的粒子会造成可观测的引力效应。

那么我们在“正统”的量子场论里面怎么改进呢?

真空中自由粒子的哈密顿量对角化之后为:

对应正粒子而对应反粒子(费米子)。

我们把负能态的产生湮灭算符对调一下,然后根据算符的代数关系(反对易),负能的激发就会变成正能的激发了,现在的“产生”一个正能反粒子对应于原有的“湮灭”负能反粒子。并且,Feynman继续把负频率解释为“时间上倒着走”的正频率,这样正反粒子就仅仅只是旋量上有差异。

现在新的哈密顿量是

现在往真空里面添加正反粒子,都会是正能正频的了,“真空”就真的是空的。不过哈密顿量还是会不可避免地留下一个无穷大的求和常数,虽然也是挺尴尬的,但是实验只会测得正能的激发和理论是完全吻合的。