忙中未必有,偷闲却灵生。
此中有悲喜,只属用功人。
这首诗是回忆自己如何在大学二年级期间在“闲”中发现一个可发展量子力学狄拉克符号法的新路子的。
狄拉克是20世纪举世闻名的物理学家。初入道时,他曾对原子中电子的玻尔轨道做了充满热情的研究,为了理解在相互作用下玻尔轨道是如何形成的,他苦苦工作了两三年。直到看了海森堡的文章后,狄拉克才意识到自己“赖以出发的基本观念是错误的”。在海森堡的理论中,只有那些连接两个玻尔轨道的值(跃迁矩阵元)才会出现,这导致了坐标算符与动量算符不可以交换。受海森堡的文章的启示,狄拉克领悟到不对易性是建立量子力学的关键。某次悠闲散步时,他突然想到了经典力学的泊松括号与量子对易括号的相似处,这深化和充实了海森堡的思想。狄拉克把他的发现写成文章,寄给海森堡征求意见,得到后者的赞赏。1926年,狄拉克被玻尔召到哥本哈根。他花了一年时间发明了由ket-bra符号组成的体系,完成了关于变换理论的重要文章,建立了与波粒二象性吻合的表象理论。
狄拉克随后写了《量子力学的原理》一书,书中强调了变换理论是理论物理的精髓,使他的符号法能在将来得以发展。狄拉克在书中还提到了作用量在量子力学中的地位,这个思想后来被费曼发展为“路径积分”理论。
而发展符号法以至于完善变换理论的突破口,则由我,一个当时(1966年)方大学二年级的中国学生在自学量子力学时“侥幸”发现。我在那个非常时期处于运动潮流的边缘,属于“逍遥派”,是个“闲”人。偶然的机会捡得一本中文版的《量子力学的原理》,便闲情偶寄地随便翻阅,尽管很多内容都看不懂,但还能明白狄拉克所述坐标表象完备性积分式的物理意义,于是就提出如何对不对称的ket-bra符号实现积分的有序算符内的积分方法。之后的七八年间我断断续续地想,终于找到了做这类积分崭新的方法,揭示了量子力学的数学物理之深邃美,不但极大地丰富了量子力学的内容,而且为牛顿-莱布尼兹积分提供了一个新的发展方向。
能实现对ket-bra符号实现积分这件事,增强了人们判别量子力学理论正确的信心,并发现原来它的数学是如此之美妙。如果一个人只是了解狄拉克符号,而不学有序算符内的积分方法,就没有看到量子力学的全景。
有有识之士说“要是狄拉克还健在,他会感谢你发展了符号法”,因为符号法是狄拉克的至爱,狄拉克认为它是永垂不朽的。
不是闲人闲不得,爱闲非是等闲人。谁说一个普通的物理系学生的闲情偶寄就不会有意想不到的结果呢?
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