凡是问到本质的问题,似乎都涉及到哲学。可能很多人小时候对吸铁石很好奇,这东西咋就能吸引东西么?而且也没有什么接触,就硬生生的把铁块能吸引过来。
上了初中,我们知道,物体运动状态改变,一定是受到了力的作用,于是我们知道,肯定是磁铁对铁块施加了力的作用。但还是不明白为什么没有接触就能有力的作用。
上了高中,物理老师告诉我们,实际上磁铁周围有磁场,而铁块在磁场中受到力的作用,所以才能吸引过来。但我们还是不清楚磁场到底是个啥?
上了大学,我们知道,本质上,电场和磁场都是一个被称为电磁场的东西,电场可以转化成磁场,磁场也可以转化成电场。但我们还是不知道电磁场究竟是什么定西?电磁场是怎么来的。
上了研究生,学了量子场论,电磁场本身是规范场,当我们对一个费米子场(比如电子)做一个局域的U(1)规范变换的时候,就发现如果系统要满足规范不变性的话,就必须要耦合电磁场,这也就是带点粒子间通过电磁场来实现相互作用的。
但是这还是不够的,因为还存在其他的相互作用(规范场)可以和物质耦合,那么电磁场和其他的场有什么关系呢?这个实际上就是统一场论的内容了,它核心就是人们想用一个统一的场,来描写自然界所有的相互作用,然后呢,在低能(我们看到的世界)的情况下,电磁相互作用和其他的相互作用分离出来。
当然,我们也还可以继续问下去,为什么自然界是这样的,大概这也是物理学前进的一个动力!