「彼は点なのか、それとも斑点なのか？ 水中にいるとき、彼は濡れているのでしょうか？ それとも、水が彼を襲うのでしょうか？ 誰にもわかりません。” -They Might Be Giants, “Particle Man”
私たちは学校で、物質は原子からできており、原子は陽子、中性子、電子という小さな成分からできていると習います。 陽子と中性子はクォークでできていますが、電子はそうではありません。
すべてが粒子でできているということは、粒子とは何か？
すべてのものが粒子でできているというのは一つのことですが、粒子とは何でしょうか？
「広義の『粒子』とは、数えることのできる物理的なものです」と語るのは、サイエンスライターであり、ノースカロライナ大学シャーロット校の物理学者であるグレッグ・ガー氏。 クォークの半分、電子の3分の1ということはありません。 また、ある種類の粒子はすべて、互いに正確に同一である。さまざまな色があったり、小さなナンバープレートで区別されたりすることはない。
物質だけではありません。光も光子という粒子でできています。 ほとんどの場合、個々の光子は目立ちませんが、宇宙飛行士は目を閉じていても閃光を見たと報告しています。その原因は、1個のガンマ線光子が眼球内の液体中を移動するためです。 眼球内の粒子との相互作用により、チェレンコフ光と呼ばれる青色光の光子が生成されます。これは、網膜を刺激するのに十分な量で、網膜は1つの光子を「見る」ことができます（ただし、何かのイメージを作るには、もっと多くの光子が必要です）。
粒子場は永遠に
それがすべてではありません。 私たちは粒子を数えることができますが、粒子は創造したり破壊したりすることができ、状況によっては種類を変えることもできます。 ベータ崩壊と呼ばれる核反応では、原子核が電子と反ニュートリノという基本的な粒子を吐き出し、原子核の中の中性子が陽子に変わります。
誰もが耳にしたことのあるアインシュタインの有名なE=mc2。 その意味するところは、粒子を作るにはその質量に比例したエネルギーが必要だということです。 質量が非常に小さいニュートリノは簡単に作れますが、電子はもっと敷居が高く、重いヒッグス粒子は膨大なエネルギーを必要とします。
しかし、新しい粒子を作るには、エネルギーだけでは不十分です。 電子を磁場で加速して光子を作ることはできますが、ニュートリノやそれ以上の電子を作ることはできません。 重要なのは、それらの粒子が自然界の3つの基本的な量子力（電磁気、弱い力、強い力）を使ってどのように相互作用するかです。 電磁気は光子、弱い力はWボゾンとZボゾン、強い力はグルーオンというように、量子論ではこれらの力も粒子を使って記述されます。
これらをまとめて記述したのが「場の量子論」という考え方です。
「場の量子論は量子力学を包括し、量子力学は残りの物理学を包括しています」と語るのは、カリフォルニア大学サンタバーバラ校カブリ理論物理学研究所の物理学者、アンソニー・ジー氏。 科学者や非科学者向けに場の量子論に関する本を何冊も書いているジーは、「物理学者に場とは何かと尋ねれば、場とは場がすることなら何でもすることだと答えるでしょう」と認めています。
概念の曖昧さにもかかわらず、場はすべてを記述します。 2つの電子がお互いに接近すると、電磁場がかき混ぜられ、池の波紋のように光子が発生します。
波とは
波は、粒子と場を理解するのに最適なメタファーです。 電子は、粒子であると同時に、”電子の場 “の波でもあります。 クォークは “クォーク場 “の波（クォークは6種類あるので、6つのクォーク場がある）などである。 光子は水の波紋のようなもので、大きくなったり小さくなったり、激しくなったりほとんど目立たなくなったりします。 一方、物質粒子を表す場は、ギターの弦の波のようなものです。 弦を強く弾かなければ音は出ません。音を出すには、電子の質量に相当する閾値のエネルギーが必要です。 しかし、十分なエネルギーがあれば、第一次高調波が得られます。これは、澄んだ音（弦の場合）または電子（フィールドの場合）です。
このような量子的な考え方の結果、粒子を小さなボールのように考えることは、しばしば役に立たないことがあります。
「光子は、ボールのように数えることができても、波として空間を自由に移動する」とGbur氏は言います。
この例えは完璧ではありません。 電子や電磁気、その他あらゆるものの場は、一次元のひもや二次元の池の水面のようなものではなく、時空のすべてを満たしています。 ジーが言うように、「電磁波が空間を通過するとき、何が波打っているのか？ 何も波打っていない。 水の波のように水がある必要はありません」と言っています。
そしてもちろん、私たちにはまだ疑問が残っています。 粒子が場から生まれるとすれば、その場自体が基本的なものなのか、それとももっと深い物理学が関係しているのか。
また、「粒子が場から生まれるとしたら、その場自体が基本的なものなのか、それとももっと深い物理があるのか」という疑問も残ります。