换句话说,外尔挖到的电荷守恒的那个神秘道侣,其实就是波函数相位的不变性。
相位好理解,月有月相,波有相位,都是周期运动中,到达特定位置时,其对应的状态。
所谓相位不变性,拿月亮来讲,如果它在这里是上弦月,你给它做一个相位变换,它就在对应位置产生一个下弦月。波函数相位不变性同理。我们还是按照习惯叫它规范不变性。
说到波函数,外尔当然不陌生,因为这玩意,恰好在他的好朋友薛定谔的神作、量子力学的核心公式“薛定谔方程”的统领之下。
外尔从善如流,绕开统一电磁力和引力的大坑,瞄准电磁场和电子的相互作用,他放过了度规张量,把相位变换因子用在了电子标量场上,引入了虚数i。于是,规范场就带着电子的波动性,走进了量子力学。
电子行为,本就在量子力学治下。波动的电子在规范变换中,成了电磁场的最佳舞伴。而它们的成功,只是量子规范场发展的起点。
现在外尔知道了,电荷为啥要守恒?因为波函数相位变换背后的规范不变性。外尔还知道,规范不变性有两种。
先欣赏第一种,全局变换——
(图片来自网络)
经常欣赏老式霓虹灯广告牌的道友都知道,无论这种广告牌可以变换多少花样,本质上都是利用“时序控制电路”,按照时间顺序,统一控制每一个灯的开关,让牌子上的灯按照要求亮、灭。
灯光变换的时间点,每只灯的位置,及其亮、灭的顺序,都是固定的,得到的图像当然也是整体固定的。这种变换,我们可以理解为全局变换。它背后的“时序控制设定”,就相当于全局规范不变性。
外尔引入的是一个常数相位因子,可以完成整体相位变换,这种对称性,通过诺特定理,可以导出电荷守恒,得到不随时空变化的总电荷。
(图片来自网络)
这时你明白了,外尔搞出来的,应该是电子行为中的一个特例,或者说是电磁理论的一个切片。





