基本物理理论的要求.pdf

一 备本 物 理 跨对 要求 狄拉克 自从林道物理学会议举办以来 我每一届 都参加了 这次我又能来到这里 并有机会来 谈谈我对物理学中的一些基本间题的看法 我 感到非常高兴 我可以用一下黑板吗 我不会 用得很多 我只想写一个方程 而我 的整个讲 演就将围绕着这个方程 这就是每个学物理的 学生都该知道的方程 访功叮 扮万一刀 年 海森堡引进了他的新量子力学 在这种量子力学中 动力学变量是以非对易量 的面貌出现的 这就是说 如果 和 是两个 动力学变量 那末 乘以 与 乘以 是不 同 的 对当时的物理学家来说 这是一个非常惊 奇的观念 难以使人习惯 我曾听说过 就连 海森堡本人在充分意识到 乘以 不同于 乘 以 后 也认为他的理论必定是错的 为了在 这个观念的基础上把理论继续发展下去 他得 到 了他的老师玻恩教授的极大鼓励 这是一个 很难使人习惯的观念 因为如果 等于 而 等于 那末 乘以 当然等于 乘以 这 意 味着当 等于 的时候 就不能同时为 了 对于这种量子力学 人们需要有一种特别的解 释 结果表明 这种解释必须具有统计性质 而 人们正是用一般的几率描述作出了这一解释 我不想讨论量子力学的解释这一间题 其 他许多演讲者对此已加论述了 但是我却想谈 一些更为基本的事情 对于任何动力学变量 例如 海森堡理论给出一个运动方程 这 就 是我在前面写 出的那个方程 其中 即 按时间的变化率 由 乘以 减去 乘以 给 出 这里 的大写字母 是某一动力学变量 它 确舞 余志 卷 期 表示 了你要处理的动力学体系的特征 人们把 它称为该体系 的哈密顿量 要处理一个动力学 体系 人们就要选择一个特定的哈密顿量 要 处理另一个不 同的体系 人们就要选择另一个 哈密顿量 因此 选择不同的 人们就能得 到不同的动力学体系 然后 随着这个理论的发展 人们很快发 现 在海森堡的这种新力学与牛顿的旧力学之 间有一种密切的类似性 公 这种类似性后来由好 多位物理学家加以发展 这种密切的类似性 能使人们在一个特定的经典动力学体系的基础 上 考虑相应的量 子体系 而且从这一类似性 可看出 当人们处理大块物质时 量子理 论所 给出的结果与经典理论所给出的结果应是非常 接近 的 所有这些都是非常令人满意 的 这就使得 人们非常信赖海森堡的这种理论 别忘了 那是 年的情况 在其后的一二年中 这个理论 就发展起来了 在此以前我们所能做的并不比 用玻尔轨道所做的工作 高明多少 当时 在人 们实质上关注的仅是一个电子的那些简单的间 题中 玻尔轨道是非常令人满意 的 但对于两 个有相互作用的双电子问题来说 玻尔理论就 根本不精确了 海森堡的量子力学取代了这种 基于玻尔轨道的旧理论 而前者是一种更普遍 的力学体系 能用这种新理论来代替简单的玻 尔轨道理论 人们是非常高兴的 这种量子力学是如何发展的呢 这种新理 论与古老的经典理论之间的紧密联系给了人们 极其深刻的印象 问题是要对任何特定的动力 学体系去 寻求其企确的哈密顿量 如果你考虑 一个一般的体系 例如有相互作用的场和粒子 那末你可以用经典力学来处理这一体系 并由 此提示某一哈密顿量 其形式已经给出 但是 如果你将此哈密顿量代入海森堡理论的基本方 程中去的话 那末你得到的结果肯定是错误的 这个结果不仅是错误的 而且是根本不合理的 因为其中包含着无穷大 这确实是一种极其错 误的理论 但是 物理学家仍然喜欢利用这种 由经典力学提示的哈密顿量 那末 一 他们如何 来处理 这种不正确的方程呢 好吧 他们说 当人们试图解这些方程时 它们会导致无穷大 这些无穷大是不应该存在的 让我们人为地把 这些无穷大除去吧 而这样做就意味着人们正 在背离海森堡的运动方程 看来人们似乎并没有意识到他们确实在背 离海森堡的原始理论 并没有意识到他们将 自 己囿于应用这种哈密顿量 同时用人 为的方法 除去 由此产生的无穷大 事实上 还有一些理 由可用来说明这样做是正 当 的呢 这是因为人 们可以建立一套规则来消除这些无穷大 人们 建立了一套称为重正化过程的规则 应用这些 规则 结果证明人们在有些情况下 可以得到与 实验符合得相当好的结果 特别是 当你处理 与电磁场有相互作用的带电粒子时 如果你遵 循这种重正化规则 那末你就可得到与实验符 合得极好的结果 据此 许多物理学家说 这 便表明了人们所采用的处理规则是正确的 我 认为 这并不是一个充分 的理由 仅仅由于结 果与观察碰巧一致 是不能证明理 论就是正确 的 在一 些简单的情形下 玻尔理论毕竟还是 正确的 它给出了非常正确的答案 但玻尔理 论仍包含着错误的概念 与此相似 这种物理 学家当今还在应用的重正化了的量子理论 也 不能因为它在某些条件下与实验一致 就说明 它是正确的 尽管这样 物理学家在发展这一理论中已 走过漫长的一段路程了 事实上 约四十多年 来 几乎全部的基本粒子物理学就是沿着这些 路线走着的一 人们使用一个直接应用它就会给 出错误结果 的哈密顿量 然后 伴之以一些除 去无穷大的规则 我认为 在这些状况下 人 们根本没有得到一个正确的数学理 论 而 只是 有了一套处理规则 因此 当前大多数物理学 家所用的量子力学仅仅是一套处理规则而已 它绝对不是一种完全的动力学理论 尽管 如 此 人们还是非常仔细地发展了这一套理论 现在 许多正在撰写的论文 都只不过是 在发展这套处理规则 而且人们能够做一 些适 当的假设 他们常常也就能或多或少得到一些 与观察结果很好一致的结果 但是 却无任何 可信赖的东西 这就是我所要强调 的 尽管现 在有许多物理学家正在用现代的各种量子场理 论做工作 而且有时他们的工作还做得非常仔 细 然而 其中的许多场理论是根本不能信赖 的 我想指出 我坚持有必要遵守这一 海森堡 方程的这一看法 在过去曾取得过一次很大的 成功 当人们仅考虑与电磁场作用着的一个 电 子时 人们感到 决定着与该粒子相关的波动 的德布罗意方程必须与此理论 联 系起来 在 和 年 利用此做工作的人们都受这一 思想支配 但把德布罗意的波动方程与海森堡 理论联合运用时却产生了前后矛盾 对此矛 盾 当时的人们却不允许给以太多的触动 但是 我就坚持认为 必须遵守海森堡方程 而且由此 使我能想到一种不同的哈密顿量 它完全不是 由经典力学所提示 的那种哈密顿量 我抛弃了 必须利用由经典力学所提示的那种哈密顿量 的 观念 因而想出了一个包含自旋变量 的新哈密 顿量 利用这种新 的哈密顿氢于是电子必须 具有自旋 这一理论预示 了必须存在 自旋 而 且这个自旋被证明与观察到的电子的情况是相 符合的 这是一次巨大的成功 而且它表明了 人们通过背离经典力学所提示的观念 如何能 在一个新的方向上取得进展 那末 在目前的情形下我们应该做些什么 呢 我认为 我们必须坚持海森堡方程的适用 性 这是量子 理论的全部基础 无论 干什么 卷 期 确鑫康奋 二我 们都必须坚持这个方程 如果这个方程给出 的结果不正确 那末这就意味着我们所用的哈 密顿量是错的 这就是我 想要强调 的重点 如 果你用了一个哈密顿量 而使得这个方程给出 了错误 的结果 那末这个哈密顿量就是错的 一你 不要想去改变海森堡量 子力学的基础 它的 基础是非常坚实的 非常优美的 我们能否得到一个较好的哈密顿量呢 这 丫时 我们有着无数的可能性 这是因为海森堡的 这一理论非常强有力 远比经典力学有力得多 它之所以强有力是因为出现在其中的动力学变 量 能够具有非常一般的性质 人们通常把这些 动力学变量取为动力学坐标及其导数 的函数 海森堡原先就是用这些动力学变量的矩阵表示 来表述这 些方程的 通过允许更一般的量来作 为动力学变量 人们可以大大地推广海森堡原 来 的做法 它们可以是任何代数量 只要它们 的乘法一般是非对易的即可 乘以 不等于 乘以 但你必须保留乘法的结合性 这就允 许有更多种的可能性 它允许那样一些全然不 是由经典力学所提示的动力学变量 有时会有 这样的情况 动力学变量 形成某一群的元素 现代物理学非常重视能将这种动力学变量引入 到量子理论中来 那末 人们应当采用什么群 呢 对此 人们有着很大的选择余地 人们正 在研究不同的群 以便弄清它们有何用处 也 会有这种情况 动力学变量具有更一般的性质 某些物理学家至今还没有想到过的性质 好了 我认为这些才是物理学家应将他们 的注意力集中于其上的前进路线 而不要用歪 曲了的海森堡方程来做工作 当物理学家们面 临一般的非对易量时 他们的工作应致力于利 用能出现的大量可能性来寻找出正确的哈密顿 量 人们很可能必须引入那些压根儿不是由经 典力学所提示的量 那将意味着一些新的自由 度会以一种非常基本的方式出现 在 我们 的 量 子理论的方程之中 目前这种保留经典力学所 提示的概念 然后以某些群来补充它们的潮流 是一种非常有限的想法 虽然几乎全世界的物 理学家都在按照这种想法做工作 但我认为这 样做是没有足够普遍的基础的 我们必须寻找 某一类更一般的哈密顿量 一 若干年前 我确实想到过一类不同的哈密 顿量 它与海森堡方程相符合 但其解全部都是 正能量的 而不象我早期的理论所得出的那样 既有正能解 也有负能解 由这个新理 论还能 得出一些非常有趣的方程 但迄今为止 它还没 有导致任何具有实际价值的东西 但是 我仍 然很喜欢以此为例来说明人们为了前进而应该 探索的那些路线 我已花了许多年来寻找一个 好的哈密顿量以引入此理论 但至今仍未找到 只要我还有能力的话 我将继续为此而工作 而且我希望其他人也会沿着这些路线前进 有 朝一日人们将会找到正确的哈密顿量 到那时 我们将有一些按照 经典概念无法理解的崭新的 自由度在量子力学的基础 中起着重要作用 年 月 日 对 量子理论作出巨大贡 献的狄拉 克与世长辞了 本文是作者逝世前两 年 在林道 举行的诺贝 尔奖获得者聚会 上的演 讲 由 年诺贝 尔奖获得者肖洛录制整理 宁存政译 自 月妙忍 冯承天 校 欢迎订阅 人民日报 海外版 人民日报 海外版去年 月 日出版以来 受到海内外广大读 者的欢迎 海外版是中文报 纸 电脑照排 每天两大张八个版 除刊登 人 民日报 的重要新闻 评论和文章外 还提供许 多独有的信息 特别是有关对外开放和改革的 政策信息 每天有一个专版发表港台和侨乡的 动态 神州 专版登载文学艺术 传统文化 风光名胜等生动活泼 丰富多彩的文章 副刊 文萃 摘登全国报刊的精华 言论版的 望 海 楼随笔 由海内外名家执笔 抒发感情 针贬 时弊 立意隽永 文风清新 此外 还有 自由 谈 体育 中华大地 等专栏 总之 报纸 有较高的思想性 知识性 趣味性 欢迎各单位和广大读者订阅 每月 三元 报纸代号 一 在各地邮局均可订阅 确多 余志 卷 期 表 若千化学元素对 细胞繁殖 生长的作用 万 硬 毒性增 加 营养作用减弱 毒性 增 加二二 营养作用 减珊 在培养基中该微量元素能促进梨形四膜虫细胞分裂的元素浓度区间 在培养基中明显抑制四膜虫细胞分裂的元素浓度 叮 强烈水解情形 元素 有些例外 虽属人体必需的要 素元素 但浓度稍高即显剧毒 此外 我们发 现周期表中第三长周期过渡元 素内的 也显示 出促进营养作用 对于稀土元素系列 轻稀土元素 也 均有明显的促进营养作用 重稀土元素如 虽也有一定的促进 作 用 但量稍大时即显出毒性抑制作用 表明轻 稀土元素的营养作用优于重稀土元素 这点与 农业中轻稀土微肥的试验一致 尹 刘元方等 科学通报 一 沙 唐任寰 口 了油 如 五 年 月 日收到 卜卜 令白闷 卜卜洲卜州卜恢 编后 甲晌护 巾 州卜 卜侧曰卜 宇宙空间中存在着大规模的高 能过程 形象地说 即存在着巨大的 高能加速器 和 高能实验室 高 能天体物理学就是以宇宙天体上的高能现象和高能过 程作为研究对象的 宇宙高能过程的研究 一文 主 要探讨了存在于目前宇宙中的高能过程 介绍了有关 高能天体物理的实验观测以及星际介质和银河宇宙线 的分布等方面的研究进展 其中包括作者的研究成果 人脑是人的智能 意识等一切高级精神活动的生 理基础 但是经典的神经科学在解释后的复杂功能方 面遇到很多 困难 用电子计算机和数学方法系阳于究神 经系统和脑的功能 是本世纪四十年代以来的一个研 究方向 目前已形成了较为成熟的理论 关于神经 网络和脑的某些数学理论 介绍了这方面的内容 基本物理理论的要求 一文 是当代伟大的物理 学家狄 拉克逝世前两年的一篇讲演记录 二 文章将作者 约重正化不是量子理论的完整形式和经典观念必须彻 底抛弃等一贯思想表述得更为清晰和强烈 它将激励 物理学家们去建立更完美的量子理论 八十年代初 在世界上掀起了一股研究 黄雨 的 热潮 围绕 黄雨 来源问题 即究竟是生物一化学 致 毒武器 还是一种自然现象 形成了观点截然相反的 两派 黄雨 一文 介绍了对 黄雨 研究的历史和现 状 并阐述了作者本人早在 年以及现今的最新研 究成果 本刊 卷 期 数 林撷英 栏曾刊 出 从平凡的事