量子力学分波法概念（量子力学中的色荷和耦合的概念）

色荷（英语：color charge）是夸克与胶子的一种性质，在量子色动力学（QCD）的架构底下，与它们之间的强相互作用有关。

色荷与粒子的电荷呈类比关系，但因为量子色动力学的数学复杂性，色荷与电荷有许多技术上的不同。

夸克与胶子的“颜色”与视觉上的色彩无关，而仅仅是对于一种表现上几乎不超过原子核大小范围的性质的一项奇特名称。“颜色”这个词单纯是因为色荷有三种类形，类比于三原色；相对地，电荷就只有一种类型（但其中尚有正负之分）。

1964年，夸克的存在被提出之后不久，奥斯卡·格林柏格（Oscar Greenberg）引入了色荷的概念，试图解释几个夸克如何能够共同组成强子，处于在其它方面完全相同的状态但却仍满足泡利不相容原理。这概念后来证实有用并且成为夸克模型的一部分。

此后从1970年代，量子色动力学开始发展，并构成粒子物理学中标准模型的重要成分。

夸克的颜色可以下面三者中的一种：“红”、“绿”或“蓝”，而反夸克（antiquark）则为三者的“反色”（anticolors）中的一种，有时称作是“反红”（antired）、“反绿”（antigreen）及“反蓝”（antiblue），有些时候也会用互补色──青（cyan）、洋红（magenta）及黄（yellow）来表示。同样的模式下，胶子可说是两种颜色的混和：举例来说，红加反绿构成了此种胶子的色荷。QCD中考虑从9个可能的颜色／反色所组成的8个独特的胶子

我们知道胶子（gluon）是负责在两个夸克之间传递强作用力的基本粒子，类似光子负责在两个带电粒子之间传递电磁力一般。

用科学术语来说明，胶子是量子色动力学用来在两个夸克之间传递强相互作用的矢量规范玻色子。胶子本身带有强相互作用的色荷，这与光子不同，光子不带有色荷。因此，胶子不但传递强相互作用，它还参与强相互作用，这使得量子色动力学的分析远比量子电动力学困难。

所以色荷一种描述夸克和胶子的性质，和颜色没有关系。和电荷有类比性，但本质上不一样。他帮助而且直接参与强相互作用。这是我们要知道的。

具体工作原理可以这样去理解：由于胶子本身带有色荷，胶子也参与强相互作用。胶子-胶子相互作用使得色场成为像丝弦一般的物体，称为“通量管”（flux tube）。当通量管被拉长时，会出现张力，因此将夸克禁闭于强子内部，这机制有效地局限强作用力的范围半径至10−15 m以内，大约为原子核的尺寸。

当超过某特定长度后，假若连结两个夸克的通量管的长度越长，则能量越高，呈线性增长；当通量管被拉到足够长之时，在能量方面，从真空制成一个夸克-反夸克对会比一味地增加通量管长度更为有利，这时，继续拉长通量管可能会导致通量管会断裂，形成一个夸克-反夸克对。

由于胶子带有色荷，几个胶子会相互耦合，如右图所示。光子不带有电荷，所以不会相互耦合。

这句话我引出另一个词“耦合”，这也是网友留言的一个词。在物理中什么是耦合？也很抽象。

大概是这样的，在物理学中，两系统是耦合的，表示他们彼此间有相互作用。举一个粒子就是电场和磁场。往往电场发生变化，磁场就发生变化；相反磁场发生变化，电场就发生变化，这就是耦合关系。

其中较引人注意的的是两个（或多个）振动系统之间的耦合，振动系统例如单摆及共振电路，耦合的方法分别为弹簧及磁场。耦合振荡的特征之一为拍频（beat）。

耦合概念在物理宇宙学中特别重要，其中各种形式的物质彼此间渐渐地去耦合（decouple）及重耦合（recouple）。

耦合在物理学中另一个重要之处是在等离子体的生成。在放电时，激发场（exciting field）与介质之间的耦合创造出等离子体。一特定频率之激发场对于带电粒子的耦合品质与共振现象相关。

耦合的的方式有很多的，比如经典力学的耦合，转动-振动耦合，量子力学的耦合，转振耦合，电子振动耦合，电子转振耦合，角动量耦合。

在这里说一下角动量耦合，以方便大家加深印象。在量子力学中，由独立角动量本征态构造出总角动量本征态的过程称为角动量耦合。

例如，单个粒子的轨道和自旋会通过自旋-轨道作用相互影响，完整的物理图象必须包括自旋－轨道耦合。或者说，两个具有明确角动量定义的带电粒子会相互作用，这时将两个单粒子角动量耦合为总角动量，是解两粒子体系薛定谔方程的有用步骤。

在这两种情况下，单独的角动量都不再是体系的守恒量，但两个角动量加和通常仍然是。在原子光谱中，原子角动量的耦合非常重要。电子自旋角动量的耦合对于量子化学非常重要。在核壳层模型中也普遍存在角动量耦合。

还有自旋－轨道耦合，有时非正式地简称为旋轨耦合，是指一个亚原子粒子的空间角动量与自旋角动量（内禀角动量）之间的相互作用。简单地说，粒子轨道运动会在其参考系（非惯性系）中产生磁场，该磁场与粒子的轨道角动量的大小和方向有关，而带自旋的粒子本身会因自旋运动而带有磁矩，因而会受到该磁场的作用而导致能级发生位移和分裂。旋轨耦合作用是较弱的磁相互作用。在化学中研究得最多的是电子的旋轨耦合。

在量子力学中，也会更多的提到耦合这个词。简单的理解就是相互联系，相互作用，相互影响。但数学计算会相当复杂。我自己也不懂。

这就是色荷和耦合的概念理解，大家有时候如果一遍看不懂，再读一遍。如果还看不懂，就看开其他的章节。过一段时间，你再来读，也许就有体会了。

就我自己也是，我时常回头看我写的这些字，总能发现一些新的东西，或者错误的东西。网上的东西很多，你要有甄别的学习和利用。不然你会丧失你自己。

摘自独立学者，科普作家灵遁者量子力学书籍《见微知著》