閑情偶寄于一本量子力學(xué)書的大學(xué)生
忙中未必有,偷閑卻靈生。
此中有悲喜,只屬用功人。
這首詩是回憶自己如何在大學(xué)二年級期間在“閑”中發(fā)現(xiàn)一個可發(fā)展量子力學(xué)狄拉克符號法的新路子的。
狄拉克是20世紀(jì)舉世聞名的物理學(xué)家。初入道時,他曾對原子中電子的玻爾軌道做了充滿熱情的研究,為了理解在相互作用下玻爾軌道是如何形成的,他苦苦工作了兩三年。直到看了海森堡的文章后,狄拉克才意識到自己“賴以出發(fā)的基本觀念是錯誤的”。在海森堡的理論中,只有那些連接兩個玻爾軌道的值(躍遷矩陣元)才會出現(xiàn),這導(dǎo)致了坐標(biāo)算符與動量算符不可以交換。受海森堡的文章的啟示,狄拉克領(lǐng)悟到不對易性是建立量子力學(xué)的關(guān)鍵。某次悠閑散步時,他突然想到了經(jīng)典力學(xué)的泊松括號與量子對易括號的相似處,這深化和充實了海森堡的思想。狄拉克把他的發(fā)現(xiàn)寫成文章,寄給海森堡征求意見,得到后者的贊賞。1926年,狄拉克被玻爾召到哥本哈根。他花了一年時間發(fā)明了由ket-bra符號組成的體系,完成了關(guān)于變換理論的重要文章,建立了與波粒二象性吻合的表象理論。
狄拉克隨后寫了《量子力學(xué)的原理》一書,書中強調(diào)了變換理論是理論物理的精髓,使他的符號法能在將來得以發(fā)展。狄拉克在書中還提到了作用量在量子力學(xué)中的地位,這個思想后來被費曼發(fā)展為“路徑積分”理論。
而發(fā)展符號法以至于完善變換理論的突破口,則由我,一個當(dāng)時(1966年)方大學(xué)二年級的中國學(xué)生在自學(xué)量子力學(xué)時“僥幸”發(fā)現(xiàn)。我在那個非常時期處于運動潮流的邊緣,屬于“逍遙派”,是個“閑”人。偶然的機會撿得一本中文版的《量子力學(xué)的原理》,便閑情偶寄地隨便翻閱,盡管很多內(nèi)容都看不懂,但還能明白狄拉克所述坐標(biāo)表象完備性積分式的物理意義,于是就提出如何對不對稱的ket-bra符號實現(xiàn)積分的有序算符內(nèi)的積分方法。之后的七八年間我斷斷續(xù)續(xù)地想,終于找到了做這類積分嶄新的方法,揭示了量子力學(xué)的數(shù)學(xué)物理之深邃美,不但極大地豐富了量子力學(xué)的內(nèi)容,而且為牛頓-萊布尼茲積分提供了一個新的發(fā)展方向。
能實現(xiàn)對ket-bra符號實現(xiàn)積分這件事,增強了人們判別量子力學(xué)理論正確的信心,并發(fā)現(xiàn)原來它的數(shù)學(xué)是如此之美妙。如果一個人只是了解狄拉克符號,而不學(xué)有序算符內(nèi)的積分方法,就沒有看到量子力學(xué)的全景。
有有識之士說“要是狄拉克還健在,他會感謝你發(fā)展了符號法”,因為符號法是狄拉克的至愛,狄拉克認(rèn)為它是永垂不朽的。
不是閑人閑不得,愛閑非是等閑人。誰說一個普通的物理系學(xué)生的閑情偶寄就不會有意想不到的結(jié)果呢?
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