[科普中国]-微观因果性

概念

因果性是指事件的原因总是出现在结果之前这一客观规律。一些物理学家认为：因果关系是自然界的普遍关系，是不能违背的。在微观世界中发生的事件，其结果也必然是在其原因之后，这就是微观因果性。薛定谔方程是时间的一次偏微商的方程，因此，波函数完全由初始时刻的状态决定，他们认为这实际上是微观因果性的表现。1

基本原理由狭义相对论得知，任何物体运动或信号传播的速度都不可能超过（真空中的）光速，因此又可将物理学中的因果律表述为：如果两个事件之间的间隔是类空的，则它们不可能相互影响。
从因果律出发可导出物理可测量之间的积分关系式——色散关系，后者在物理学的许多领域中都有用。微观领域内虽尚未能作出判决性的检验，但普遍认为微观现象仍将遵从因果律，或至少认为它是一个合理的假定。
从本质上说，微观因果性的研究是与相对论密切相关的，因此在非相对论性量子力学中，要给出因果律的确切表述是困难的。粗略地来说，它与经典电磁理论中的表述类似，体现在对散射振幅的约束上：在入射波碰到散射中心以前，散射波的振幅必然为零。

量子场论中，因果律体现在对于场算符对易关系式的约束上：采用海森伯绘景时，如果两个玻色场算符之间的间隔是类空的，则它们的对易子等于零（相应地，对于两个费米场算符，则是它们的反对易子等于零）。由此引申出，对于微观可测量，当两次测量点之间的间隔是类空的，则不会彼此干扰。量子场论中，微观因果性与幺正性、谱条件、交叉对称性等原理结合起来，也可导出散射振幅满足的色散关系。2