Квантовая механика может быть напрямую связана с классической механикой. Обе имеют дело с частицами и взаимодействиями частиц.
Все становится немного иначе, когда имеешь дело со светом. Свет — это электромагнитное поле, а не частица, поэтому нам нужно распространить квантовую теорию на свет.
Это немного сложно, но в конечном итоге свет можно разложить на сумму одночастотных составляющих. Каждую частоту можно рассматривать как возбуждение простого гармонического осциллятора. Квантование простого гармонического осциллятора дает нам фотон в качестве основного кванта возбуждения.
Однако это также дает нам нечто большее. Мы можем создавать и уничтожать фотоны, что требуется для моделирования процессов поглощения и излучения.
Квантовая теория света — первая квантовая теория поля. Идентификация операторов создания и уничтожения происходит посредством процесса вторичного квантования. Мы можем сразу понять, почему это необходимо для света.
Квантовая механика просто моделирует механику частиц, но ничего не говорит о том, что такое частица.
В частности, отсутствует механизм создания или уничтожения частиц. Это нормально для большинства повседневных явлений. Однако все меняется, когда кинетическая энергия частиц приближается к их энергии массы покоя. Наблюдения за столкновениями частиц высокой энергии показывают, что частицы могут создаваться и уничтожаться!
Вот тут-то и появляются квантовые теории поля.
Уже существовал формализм для создания и уничтожения фотонов. Оставалось только адаптировать теорию поля к моделированию частиц.
В частности, частицы имеют разные степени свободы и разную симметрию, и эти различия отражаются в конкретных деталях теории поля. Теории вторичного квантования поля частиц описывают создание и разрушение частиц.
Таким образом, общее свойство теорий поля состоит в том, что они описывают рождение и уничтожение частиц, тогда как в квантовой механике частицы неизменны.
