溫伯格與《量子力學教程》

鄧雪梅/編譯

《量子力學教程》，美國劍橋出版社2013年出版

史蒂文·溫伯格（Steven Weinberg），既是諾貝爾物理獎獲得者，同時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象——直到現在，他的書總是贏得普通大眾和業內人士的喜愛，比如，《最初三分鐘：關于宇宙起源的現代觀點》（1977年版）和《湖畔靜思：這個世界和宇宙》（2010年版），深受前者的偏愛；而《引力與宇宙學》（1972年版）、三卷本的《量子場論》（2000年版）以及《宇宙學》（2008年版），為后者所鐘愛。

目前，溫伯格把注意力轉向了物理學的核心課題《量子力學教程》（下稱教程）上——一本建立在他為一年級研究生授課的相關課程基礎上——教程開篇便是27頁的“歷史簡介”，溫伯格簡潔而精確地概述了量子物理學的發展，包括維爾納·海森堡（Werner Heisenberg）矩陣力學的說明以及埃爾溫·薛定諤（Erwin Schrodinger）波動力學的等價性，讀者從中會循跡到一些鮮為人知的歷史珍聞，比如，究竟是誰創造了“光子”一詞。

量子力學的討論從處于中心勢阱中一個粒子的薛定諤方程開始。即使這樣的一個老生常談話題，溫伯格也巧妙地展示了波函數的可分性是如何直接遵循旋轉對稱性的，包括評論不同原子的能級是如何影響天體物理氣體的冷卻速度。通過物理現象等例子引入的數學論述形式貫穿整本書，是該教程的主要優點之一。

在強調對稱性作用方面，溫伯格介紹了狀態矢量、希爾伯特空間、可觀測量以及躍遷振幅的數學機制，保羅·狄拉克（Paul Dirac）符號幾乎完全被回避。就如同溫伯格在序言中寫的一樣，“由于某些原因，這個符號是笨拙的”。也許是這樣吧，但鑒于其在物理學文獻中的普遍存在，較為遺憾的是學生在教程中很少接觸到狄拉克符號。

教程中的“量子力學詮釋”這部分，相信學生和業內人士會特別感興趣，其中對哥本哈根、多重世界以及退相干歷史作了詳細地解釋。溫伯格的結論是：“現在不存在沒有嚴重缺陷的量子力學解釋。”其引人注目的說辭，毫無疑問將引發進一步的爭論，這對那些想跟隨未來發展的人而言是一個很好的鋪墊。

其后，教程轉向了標準課程所設置的內容。溫伯格以精準和清晰地論述來呈現相關內容，其中還涉及到許多相關物理學的討論，這在同類型教程中幾乎很難找到。例如，核子的幻數、介子的奇偶是如何被決定的，以及作為一個對稱性破缺的例子：左旋與右旋糖類的存在，包括通過使用限制系統的狄拉克形式給出了電磁場量子化的一個完全描述，并隨著原子輻射躍遷幾率的計算把我們帶回到最初促使量子力學發展的現象中。

在去年10月24日的《紐約書評》中，溫伯格描述了“意象文化同語言文化”之間的緊張局面。他宣稱：“我是一個語言至上的信徒，語言包括了數學描述以及方程。”教程清楚地反映了他的這一信仰：沒有圖片、圖表或其他形式的圖譜。如在“一般散射理論”章節中，僅通過14個下標來表達S矩陣的元素。通過這些相對合理的設置，特別是對那些有些基礎的學生，該教程頗具吸引力。

總的說來，《量子力學教程》是研究生入門教材的最佳選擇之一，其精煉的物理學實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。