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        溫伯格與《量子力學(xué)教程》

        2013-09-07 01:26:26鄧雪梅編譯
        世界科學(xué) 2013年8期
        關(guān)鍵詞:狄拉克薛定諤洞察力

        鄧雪梅/編譯

        《量子力學(xué)教程》,美國劍橋出版社2013年出版

        史蒂文·溫伯格(Steven Weinberg),既是諾貝爾物理獎獲得者,同時又是一位口碑俱佳的作家——通過深刻的物理洞察力清晰地描述物理現(xiàn)象——直到現(xiàn)在,他的書總是贏得普通大眾和業(yè)內(nèi)人士的喜愛,比如,《最初三分鐘:關(guān)于宇宙起源的現(xiàn)代觀點》(1977年版)和《湖畔靜思:這個世界和宇宙》(2010年版),深受前者的偏愛;而《引力與宇宙學(xué)》(1972年版)、三卷本的《量子場論》(2000年版)以及《宇宙學(xué)》(2008年版),為后者所鐘愛。

        目前,溫伯格把注意力轉(zhuǎn)向了物理學(xué)的核心課題《量子力學(xué)教程》(下稱教程)上——一本建立在他為一年級研究生授課的相關(guān)課程基礎(chǔ)上——教程開篇便是27頁的“歷史簡介”,溫伯格簡潔而精確地概述了量子物理學(xué)的發(fā)展,包括維爾納·海森堡(Werner Heisenberg)矩陣力學(xué)的說明以及埃爾溫·薛定諤(Erwin Schrodinger)波動力學(xué)的等價性,讀者從中會循跡到一些鮮為人知的歷史珍聞,比如,究竟是誰創(chuàng)造了“光子”一詞。

        量子力學(xué)的討論從處于中心勢阱中一個粒子的薛定諤方程開始。即使這樣的一個老生常談話題,溫伯格也巧妙地展示了波函數(shù)的可分性是如何直接遵循旋轉(zhuǎn)對稱性的,包括評論不同原子的能級是如何影響天體物理氣體的冷卻速度。通過物理現(xiàn)象等例子引入的數(shù)學(xué)論述形式貫穿整本書,是該教程的主要優(yōu)點之一。

        在強調(diào)對稱性作用方面,溫伯格介紹了狀態(tài)矢量、希爾伯特空間、可觀測量以及躍遷振幅的數(shù)學(xué)機制,保羅·狄拉克(Paul Dirac)符號幾乎完全被回避。就如同溫伯格在序言中寫的一樣,“由于某些原因,這個符號是笨拙的”。也許是這樣吧,但鑒于其在物理學(xué)文獻(xiàn)中的普遍存在,較為遺憾的是學(xué)生在教程中很少接觸到狄拉克符號。

        教程中的“量子力學(xué)詮釋”這部分,相信學(xué)生和業(yè)內(nèi)人士會特別感興趣,其中對哥本哈根、多重世界以及退相干歷史作了詳細(xì)地解釋。溫伯格的結(jié)論是:“現(xiàn)在不存在沒有嚴(yán)重缺陷的量子力學(xué)解釋?!逼湟俗⒛康恼f辭,毫無疑問將引發(fā)進(jìn)一步的爭論,這對那些想跟隨未來發(fā)展的人而言是一個很好的鋪墊。

        其后,教程轉(zhuǎn)向了標(biāo)準(zhǔn)課程所設(shè)置的內(nèi)容。溫伯格以精準(zhǔn)和清晰地論述來呈現(xiàn)相關(guān)內(nèi)容,其中還涉及到許多相關(guān)物理學(xué)的討論,這在同類型教程中幾乎很難找到。例如,核子的幻數(shù)、介子的奇偶是如何被決定的,以及作為一個對稱性破缺的例子:左旋與右旋糖類的存在,包括通過使用限制系統(tǒng)的狄拉克形式給出了電磁場量子化的一個完全描述,并隨著原子輻射躍遷幾率的計算把我們帶回到最初促使量子力學(xué)發(fā)展的現(xiàn)象中。

        在去年10月24日的《紐約書評》中,溫伯格描述了“意象文化同語言文化”之間的緊張局面。他宣稱:“我是一個語言至上的信徒,語言包括了數(shù)學(xué)描述以及方程?!苯坛糖宄胤从沉怂倪@一信仰:沒有圖片、圖表或其他形式的圖譜。如在“一般散射理論”章節(jié)中,僅通過14個下標(biāo)來表達(dá)S矩陣的元素。通過這些相對合理的設(shè)置,特別是對那些有些基礎(chǔ)的學(xué)生,該教程頗具吸引力。

        總的說來,《量子力學(xué)教程》是研究生入門教材的最佳選擇之一,其精煉的物理學(xué)實例伴隨著溫伯格的深刻洞察力和清晰地解釋,將讀者引人其中。

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