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主题:美与物理学(转寄)一
发信人: KGB()
整理人: pigboy(2000-01-16 00:18:50), 站内信件
发信人: Bob (Dinosaur), 信区: Science
标  题: 美与物理学
发信站: BBS 水木清华站 (Sat May 10 22:18:18 1997)

                         美与物理学

                           杨振宁

    十九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(J. Maxwell , 1831 - 1879)、波耳
兹曼(L.  Boltzmann , 1844 - 1905)与吉布斯(W. Gibbs , 1839
- 1903)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(Mozart)、
贝多芬(Beethoven)或舒伯特(Schubert)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(Cauchy)、高斯
(Gauss)、雅可比(Jacobi)、亥姆霍兹(Helmholtz)或克尔期豪
夫(Kirchhoff)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, 那里会有甚么风格? 关于这一点我曾经有过如下的讨
论:

    让我们拿物理学来讲吧。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。

一、狄拉克

    狄拉克(P.  Dirac  , 1902 - 1984)是二十世纪一位大物理学
家。关于他的故事很多。譬如: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,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。

    狄拉克最了不得的工作是1928年发表的两篇短文,写下了狄拉克
方程:

    (D) (略)

    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(MRI)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”地指出为甚么电子有“ 自
旋”(spin), 而且为甚么“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(W.  Heisenberg  ,  1901  -
1976)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(W. Pauli , 1900 - 1958)写了一封信描述
了他的烦恼:

    为了不持续地被狄拉克所烦扰,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:磁铁为甚么是磁铁。)

    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 ( Theory   of
Antiparticles ) 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
(C.D.  Anderson , 1905 - 1991)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。

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            我是传说中的克隆熊猫。
                               KGB  的大名刻下了……
                   

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