温伯格与《量子力学教程》

邓雪梅/编译

《量子力学教程》，美国剑桥出版社2013年出版

史蒂文·温伯格（Steven Weinberg），既是诺贝尔物理奖获得者，同时又是一位口碑俱佳的作家——通过深刻的物理洞察力清晰地描述物理现象——直到现在，他的书总是赢得普通大众和业内人士的喜爱，比如，《最初三分钟：关于宇宙起源的现代观点》（1977年版）和《湖畔静思：这个世界和宇宙》（2010年版），深受前者的偏爱；而《引力与宇宙学》（1972年版）、三卷本的《量子场论》（2000年版）以及《宇宙学》（2008年版），为后者所钟爱。

目前，温伯格把注意力转向了物理学的核心课题《量子力学教程》（下称教程）上——一本建立在他为一年级研究生授课的相关课程基础上——教程开篇便是27页的“历史简介”，温伯格简洁而精确地概述了量子物理学的发展，包括维尔纳·海森堡（Werner Heisenberg）矩阵力学的说明以及埃尔温·薛定谔（Erwin Schrodinger）波动力学的等价性，读者从中会循迹到一些鲜为人知的历史珍闻，比如，究竟是谁创造了“光子”一词。

量子力学的讨论从处于中心势阱中一个粒子的薛定谔方程开始。即使这样的一个老生常谈话题，温伯格也巧妙地展示了波函数的可分性是如何直接遵循旋转对称性的，包括评论不同原子的能级是如何影响天体物理气体的冷却速度。通过物理现象等例子引入的数学论述形式贯穿整本书，是该教程的主要优点之一。

在强调对称性作用方面，温伯格介绍了状态矢量、希尔伯特空间、可观测量以及跃迁振幅的数学机制，保罗·狄拉克（Paul Dirac）符号几乎完全被回避。就如同温伯格在序言中写的一样，“由于某些原因，这个符号是笨拙的”。也许是这样吧，但鉴于其在物理学文献中的普遍存在，较为遗憾的是学生在教程中很少接触到狄拉克符号。

教程中的“量子力学诠释”这部分，相信学生和业内人士会特别感兴趣，其中对哥本哈根、多重世界以及退相干历史作了详细地解释。温伯格的结论是：“现在不存在没有严重缺陷的量子力学解释。”其引人注目的说辞，毫无疑问将引发进一步的争论，这对那些想跟随未来发展的人而言是一个很好的铺垫。

其后，教程转向了标准课程所设置的内容。温伯格以精准和清晰地论述来呈现相关内容，其中还涉及到许多相关物理学的讨论，这在同类型教程中几乎很难找到。例如，核子的幻数、介子的奇偶是如何被决定的，以及作为一个对称性破缺的例子：左旋与右旋糖类的存在，包括通过使用限制系统的狄拉克形式给出了电磁场量子化的一个完全描述，并随着原子辐射跃迁几率的计算把我们带回到最初促使量子力学发展的现象中。

在去年10月24日的《纽约书评》中，温伯格描述了“意象文化同语言文化”之间的紧张局面。他宣称：“我是一个语言至上的信徒，语言包括了数学描述以及方程。”教程清楚地反映了他的这一信仰：没有图片、图表或其他形式的图谱。如在“一般散射理论”章节中，仅通过14个下标来表达S矩阵的元素。通过这些相对合理的设置，特别是对那些有些基础的学生，该教程颇具吸引力。

总的说来，《量子力学教程》是研究生入门教材的最佳选择之一，其精炼的物理学实例伴随着温伯格的深刻洞察力和清晰地解释，将读者引人其中。