量子場是對經典場的量子理論性概括。經典場的兩大原型分別為：麥克斯韋的電磁場和愛因斯坦的引力場。量子化過程不妨這樣理解：首先，重新調整場方程式（仍然是經典場），替換數學運算符中的一些數值（這一部分屬於單純的代數或微積分範疇，並未涉及物理學）。但是，接下來我們就要「計算出」上一步所形成的算子值方程，這其中包括經典理論中沒有的解法，並且要給出這樣的論斷（通過觀察證實）：這些「荒唐的」（從直覺角度而並非從數學角度來說）新解法能夠精確地描繪自然，能夠將所有可觀察到的，與經典理論相悖的量子行為全部囊括其中。
圖源：google
量子場論的使用存在著幾個理論依據。第一，量子場論是經典場論的自然推廣，經典場論是人類關於自然的最為出色的理論（不包括量子領域）。第二，量子場論能夠解釋（人類已觀察到，並且經過系統研究的）粒子的誕生與湮滅，而這些過程在量子力學中並不存在。第三，量子場論從本質上來說具有相對性，並且能夠「神奇地」（並非真正解決，只是在簡潔的數學層面）解決相對論量子粒子理論中也存在的因果問題。
然而，量子場並沒有與物質相互作用。在量子場論中，人類認為是粒子的物質其實是量子場自身的激發。
圖解：粒子運動俯視圖
量子場論中最為簡單實用的是量子電磁學。量子電磁學中存在兩個場：電磁場和「電子場」。它們不斷地相互作用，轉化能量和動量，激發由此得以創造或毀滅。舉例說來，我們直覺認為，量子電動力學中電子吸收光子的過程是電磁場與電子場之間的一種特定的相互作用。而在這個過程中，電磁場會失去一激發量子，而電子場會獲得能量、動量以及角動量。
圖解：電子和光子相互作用
啟示一：場是最為基本的物體之一。
學校教授我們，物質的基本構成要素為粒子。事實上，直到大學，這個說法仍然沿用，我們用它來解釋夸克和電子就像是組成所有物質基本構成要素的樂高積木。
但是這一說法中隱藏著一個更深層的事實。根據人類最偉大的物理定律，我們知道，構成自然的基本要素並非分散的粒子。相反，這些基本要素是連續的，流體物質，在太空中四散分布。我們將其稱之為物質場。我們最熟悉的場有電場和磁場，這類場中的波紋會產生我們所說的光，或者更為普遍的電磁波。鐵屑會條形磁鐵所形成的磁場方向改變所指方向。
圖源：bing
啟示二：粒子來源於場。
如果你觀察電磁波足夠細緻，就會發現，電磁波實際上是由光子這種粒子構成。如果將量子力學的影響考慮在內，電場和磁場中的波紋會轉變成粒子。
不過，我們已知的其他粒子也是經由上述同樣的過程產生的。宇宙中稀薄地散布著電子場，電子場波紋會由於量子力學而轉變成一束能量。我們將這束能量稱為一個電子。無獨有偶，太空中還存在夸克場，膠子場以及希格斯玻色子場。我們體內的每個粒子，事實上，宇宙中的每個粒子都是一個潛在場的微小波紋，經由量子力學體系塑造成粒子。
圖解：一個希格斯玻色子從質子碰撞中爆發出來
啟示三：生活不易，量子場論亦是如此。
「到目前為止，量子場論是現代物理學中最艱深的理論—25年來沒有人完全相信其存在。」—愛德華·威滕
量子場是個複雜的物體。原因一部分在於其涵蓋了物理學所有領域：量子場能夠描述大量粒子以各種不同方式進行相互作用。然而，在我們解決這些困難之前，量子場論深奧的原因還有其一。
圖解：真空不空
上述圖片展示了計算機模擬的真空，也就是沒有所有粒子存在的真空的模樣。正如我們所見，這個真空環境並不單調。海森伯測不準關係意味著量子場並不是靜止的。相反，它會產生泡沫並沸騰，就像是由粒子和反粒子形成的一鍋沸騰的湯，不斷產生與毀滅。量子場論深奧之處就源於這一過程的複雜性 即便是理解量子場論中的虛無都十分困難。隨著我們開始向真空中添加粒子，它會以各種有趣方式扭曲。大部分有關量子場論研究的目標在弄明白這種扭曲、弄明白扭曲是如何引起粒子間相互作用的，以及最終，粒子的相互作用又是如何形成我們身邊的各種美麗自然現象。這些理解過程並非易事。儘管距離量子場論的發現已經過去了幾十年，想要理解量子場論中所有的精妙之處，我們前方仍有漫漫長路。
參考資料
1.維基百科全書
2.天文學名詞
3.forbes-林陌祺
如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除
轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處