溫伯格與《量子力學(xué)教程》

鄧雪梅/編譯

《量子力學(xué)教程》，美國(guó)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(jiǎng)獲得者，同時(shí)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(diǎn)》（1977年版）和《湖畔靜思：這個(gè)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(chǎng)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(jí)研究生授課的相關(guān)課程基礎(chǔ)上——教程開篇便是27頁(yè)的“歷史簡(jiǎn)介”，溫伯格簡(jiǎn)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(dòng)力學(xué)的等價(jià)性，讀者從中會(huì)循跡到一些鮮為人知的歷史珍聞，比如，究竟是誰(shuí)創(chuàng)造了“光子”一詞。

量子力學(xué)的討論從處于中心勢(shì)阱中一個(gè)粒子的薛定諤方程開始。即使這樣的一個(gè)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(duì)稱性的，包括評(píng)論不同原子的能級(jí)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(diǎn)之一。

在強(qiáng)調(diào)對(duì)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(cè)量以及躍遷振幅的數(shù)學(xué)機(jī)制，保羅·狄拉克（Paul Dirac）符號(hào)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(gè)符號(hào)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(hào)。

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(huì)特別感興趣，其中對(duì)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(wú)疑問將引發(fā)進(jìn)一步的爭(zhēng)論，這對(duì)那些想跟隨未來(lái)發(fā)展的人而言是一個(gè)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(lái)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(gè)對(duì)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(chǎng)量子化的一個(gè)完全描述，并隨著原子輻射躍遷幾率的計(jì)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(píng)》中，溫伯格描述了“意象文化同語(yǔ)言文化”之間的緊張局面。他宣稱：“我是一個(gè)語(yǔ)言至上的信徒，語(yǔ)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(gè)下標(biāo)來(lái)表達(dá)S矩陣的元素。通過這些相對(duì)合理的設(shè)置，特別是對(duì)那些有些基礎(chǔ)的學(xué)生，該教程頗具吸引力。

總的說來(lái)，《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(shí)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。