电磁学与统计力学。其中统...
4页1、 19 世纪物理学的三项最高成就是热力学、电磁学与统计力学。其中统计力学奠基于 麦克斯韦、波耳兹曼与吉布斯的工作。波耳兹曼曾经说过:“一位音乐家在听到几个音节 后,即能辨认出莫扎特、贝多芬或舒伯特的音乐。同样,一位数学家或物理学家也能在读 了数页文字后辨认出柯西、高斯、雅可比、亥姆霍兹或克尔斯豪夫的工作。 ” 对于他的这一段话也许有人会发生疑问:科学是研究事实的,事实就是事实,哪里会 有什么风格?关于这一点我曾经有过如下的讨论:让我们拿物理来讲吧,物理学的原理有它 的结构,这个结构有它的美和妙的地方。而各个物理学工作者,对于这个结构的不同的美 和妙的地方,有不同的感受。因为大家有不同的感受,所以每位工作者就会发展他自己独 特的研究方向和研究方法,也就是说他会形成他自己的风格。 今天我的演讲就是要尝试阐述上面这一段话。我们先从两位著名物理学家的风格讲起。狄拉克 狄拉克是 20 世纪一位大物理学家,关于他的故事很多。比如:有一次狄拉克在普林 斯顿大学演讲。演讲完毕,一位听众站起来说:“我有一个问题请回答:我不懂怎么可以 从公式?2?推导出来公式?5?。 ”狄拉克不答。主持者说:“狄拉克教授
2、,请回答他的问题。 ”狄拉克说:“他并没有问问题,只说了一句话。 ” 这个故事所以流传极广是因为它确实描述了狄拉克的一个特点:话不多,而其内含有 简单、直接、原始的逻辑性。一旦抓住了他独特的、别人想不到的逻辑,他的文章读起来 便很通顺,就像“秋水文章不染尘” ,没有任何渣滓,直达深处,直达宇宙的奥秘。 狄拉克最了不起的工作是 1928 年发表的两篇短文,写下了狄拉克方程。这个简单的方 程式是惊天动地的成就,是划时代的里程碑,它对原子结构及分子结构都给予了新的层面 和新的极准确的了解。没有这个方程,就没有今天的原子、分子物理学与化学。没有狄拉 克引进的观念就不会有今天医院里通用的核磁共振成像技术,不过此项技术实在只是狄拉 克方程的一项极小的应用。 狄拉克方程“无中生有,石破天惊”地指出为什么电子有“自旋” ,而且为什么“自旋 角动量”是 1/2 而不是整数。初次了解此中奥妙的人都无法不惊叹其为“神来之笔” ,是别 人无法想到的妙算。当时最负盛名的海森伯看了狄拉克的文章,无法了解狄拉克怎么会想 出此神来之笔,于 1928 年 5 月 3 日给泡利写了一封信描述了他的烦恼:“为了不持续地被
3、狄拉克所烦扰,我换了一个题目做,得到了一些成果。 ”?按:这成果是另一项重要贡献: 磁铁为什么是磁铁。狄拉克方程之妙处虽然当时立刻被同行所认识,可是它有一项前所未有的特性,叫做 “负能”现象,这是大家所绝对不能接受的。狄拉克的文章发表以后三年间关于负能现象 有了许多复杂的讨论,最后于 1931 年狄拉克又大胆提出“反粒子”理论来解释负能现象。 这个理论当时更不为同行所接受,因而流传了许多半羡慕半嘲弄的故事。直到 1932 年秋安 德森发现了电子的反粒子以后,大家才渐渐认识到反粒子理论又是物理学的另一个里程碑。20 世纪的物理学家中,风格最独特的就数狄拉克了。我曾想把他的文章的风格写下来 给我的文、史、艺术方面的朋友们看,始终不知如何下笔。去年偶然在香港大公报大公园 一栏上看到一篇文章,其中引了高适在答侯少府中的诗句:“性灵出万象,风骨超常 伦。 ”我非常高兴,觉得用这两句诗来描述狄拉克方程和反粒子理论是再好没有了。一方面 狄拉克方程确实包罗万象,而用“出”字描述狄拉克的灵感尤为传神;另一方面,他于 1928 年以后四年间不顾玻尔、海森伯、泡利等当时的大物理学家的冷嘲热讽,始终坚持他的理
4、论,而最后得到全胜,正合“风骨超常伦” 。 可是什么是“性灵”呢?这两个字联起来字典上的解释不中肯。若直觉地把“性情” 、 “本性” 、 “心灵” 、 “灵魂” 、 “灵感” 、 “灵犀” 、 “圣灵”等加起来似乎是指直接的、原始的、 未加琢磨的思路,而这恰巧是狄拉克方程之精神。刚好此时我和香港中文大学童元方博士 谈到二十一世纪1996 年 6 月号钱锁桥的一篇文章,才知道袁宏道和后来的周作人、林 语堂等的性灵论。袁宏道说他的弟弟袁中道的诗是“独抒性灵,不拘格套” ,这也正是狄拉 克作风的特征。 “非从自己的胸臆流出,不肯下笔” ,又正好描述了狄拉克的独创性? 海森伯 比狄拉克年长一岁的海森伯是 20 世纪另一位大物理学家,有人认为他比狄拉克还要略 高一筹。他于 1925 年夏天写了一篇文章,引导出了量子力学的发展。38 年以后科学史家 库恩访问他,谈到构思那个工作时的情景。海森伯说:爬山的时候,你想爬某个山峰,但 往往到处是雾你有地图,或别的索引之类的东西,知道你的目的地,但是仍堕入雾中。 然后忽然你模糊地,只在数秒钟的功夫,自雾中看到一些形象,你说:“哦,这就是 我要找的大石。 ”
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