为什么我们用量子场论而不是相对论量子力学呢?

相对论量子力学适用于研究具有无限自由度的量子系统。例如一个相对论电子。对于有限自由度的非相对论电子，可以使用薛定谔波动方程。

1928年，英国伟大的理论物理学家保罗·狄拉克引入了一个方程式来描述相对论电子。这个方程对空间和时间都是一阶的。它描述了相对论电子的物理性质，如自旋和相应的磁偶极矩。尽管狄拉克方程在描述相对论电子方面做了足够的工作，但它也存在一些问题。

这个方程并没有排除空间间隔的可能性，这意味着两点之间的非物理通信可能以比光速更快的速度进行。这是洛伦兹不变量量子理论的一个明显缺陷。这个方程也没有提供粒子产生和破坏的机制。空无一物的时空充满了量子涨落，随着探测距离的缩短，这种涨落会变得越来越强。这一缺陷反过来又导致与相对论电子有关的某些物理量的理论计算值与实测值之间存在可测量的差异。

1947年春天，在哥伦比亚大学物理系伊西多尔·拉比实验室的几个具有里程碑意义的实验中发现了两个这样的差异。第一次实验测量了电子的磁偶极矩，采用分子束磁共振的拉比方法测量。结果表明，测量值与通过狄拉克方程计算的第4显著位值存在差异。

Lamb和Retherford领导的第二个哥伦比亚实验，使用二战期间为雷达开发的微波发生器，测量了氢原子2s和2p态之间的能量间隙。拉克方程预测这两个能级是简并的，因此能隙为零。事实上，这个间隙是非零的，并且有一个精确的值，对应于1030mhz的频率。

这两个实验清楚地表明，人们必须超越狄拉克方程来解释这些可测量的异常。解决方法是将自由度的数目扩展到无限，并包括电子与其自身电磁场的相互作用。这就引出了相对论量子场论(QFT)。

在量子傅里叶变换中，最基本的物体是遍及宇宙每一个时空点的连续场。所有的基本粒子，如电子或光子，都是这些场的量子化激励。每个独特的量子场产生一个独特的基本粒子，具有独特的性质，如自旋、质量和电荷。这就是为什么宇宙中所有的电子都是一样的。

QFT的定义包括粒子的产生和毁灭。这不仅解决了上述理论值与实测值之间的差异，而且从理论中消除了非物理的类空间间隔。该理论不受超光速粒子传播的影响。

磁偶极矩的值可以用包含电子和光子两个量子场的重正化电磁QFT来计算。这就是众所周知的量子电动力学(QED)。这一理论是Shin Tomonaga, Julian Schwinger和Richard Feynman在1947年到1949年间独立提出的。

现在，通过QED计算的磁偶极矩值与测量值匹配到13个重要位置。类似的结果也适用于氢原子2s和2p态之间的能隙。这是这一伟大的自然理论最显著的两项成就。这是所有科学中最精确的计算和测量。

因为我们对于后者的理论并不是有很好的认知，用那种东西来理论的话会非常的困难。