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纪念量子力学奠基人狄拉克忌日120周年

来源:设计   2023年04月09日 12:15

韦在1933年因“挖掘显现出较早先的富有成果的新多种形式 (for the discovery of new productive forms of atomic theory) ”得到诺贝尔物理学金奖,那时他依然连个杰西都从未,这就留下来了物理学学史上一桩更为奇怪的轶事。1933年,分享当年诺贝尔金奖的海森堡、麦克斯韦和索末菲在汽车为站第三场时照了一张献花 (上图3)。截图中则会,还有三位女士,一位是海森堡的妻子,其他两位则分别是索末菲的姐姐和麦克斯韦的姐姐。一个伦敦政治经济学院威廉姆斯讲席任教、诺金得奖人连个杰西都从未,也似乎让朋友们操心。热心的享有盛誉高能物理学任教欧拉(Eugene Wigner, 1902-1995)把自己的哥哥介绍给了麦克斯韦。麦克斯韦于1937年离婚,与妻子厮守一生。

上图3. 1933年麦克斯韦、索末菲和海森堡领诺金奖前的献花。左起:索末菲姐、海森堡妻子、麦克斯韦姐、麦克斯韦、索末菲、海森堡

1932年到1969年麦克斯韦是伦敦政治经济学院的威廉姆斯讲席任教,那是莱布尼茨曾占据的位置。1970年,麦克斯韦定居于英国弗罗中都曾达州,在那中都的迈阿密医学院和佛罗中都曾达州立医学院讲学和学术研究。麦克斯韦1984年逝世于弗罗中都曾达的Tallahassee, 并葬在那中都。麦克斯韦的坟地是值得后世物理学学家朝拜的之外,碑文上写有享有盛誉的海森堡的简写多种形式

(上图4)。近于简单一点的、指明其是 (3,1) 维时空上一阶微分方振的海森堡多种形式见上图5。为了为名麦克斯韦,后人创设了不少以麦克斯韦重新命名的金奖项,比如英国物理学协则会 (Institute of physics) 创设的麦克斯韦金奖,其目地为表彰获金奖人“对理论物理学的杰显现出贡献”。

上图4. 麦克斯韦的碑文,上面写有海森堡

上图5. 说是在电子产品白板上写下的标准化多种形式的海森堡

03

精髓的学术研究模式

麦克斯韦对电动数学分析,包括用电动数学分析汇总,的贡献是多方面的,此处无法即刻简述。兹基于说是的个人身份解中学毕业拉丁字母两例。1925年9月底,指导把索末菲1925年7月底29日提交的一篇学术研究成果 (Heisenberg, Über quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen (论运动所学与数学分析亲密关系的用电动数学分析理论诠释), Zeitschrift für Physik, 33, 879-893, 1925. 此文为索末菲、索末菲、有约当的特征值数学分析三部曲的第一篇) 交到麦克斯韦手中都,让他学术研究学术研究。在索末菲的这篇篇文章中都有对易亲密方程组 (x, p)=xp-px=iћ。麦克斯韦迅速认清,用电动数学分析对易亲密关系和经典数学分析的或多或少

很十分相似。麦克斯韦反问自己一个反弊端,电动数学分析中则会一般数学分析用量中间的对易亲密关系该是什么样的?从或多或少

显现到曾达,麦克斯韦演算或多或少[u1u2, v1v2], 得显现出了[u, v]/(u, v)是简而言之的假设。采行(x, p)=iћ, [x, p]=1,于是有假设(u, v)=iћ[u, v]。让说是震惊的是,麦克斯韦此处一上来就是“开拓性”地开展学术研究,就是那种从未路就趟显现出一条路的感受。说是想到,自打或多或少

于1809年被引进至今,想到过要推算和推算过[u1u2, v1v2]的,或许就麦克斯韦四人。是非“亘古四人”, 看看麦克斯韦我还真就信了。

1928年,麦克斯韦着手构造电动数学分析版的电动数学分析涨落方振,为此要从电动数学分析能用量亲密关系

显现到曾达,要意味着吉布斯用量H (相同能用量E) 在方振中则会以频域多种形式显现出现的允许。麦克斯韦认清要来作

多种形式的落幕,为此要引进也就是说

的数[2]。一通可用后,麦克斯韦给予了海森堡

,这是 (电子产品的) 广义电动数学分析电动数学分析方振,其中则会振

是麦克斯韦特征值 (4×4的特征值)。关于这个构造过振的具体主旨细微,麦克斯韦在《电动数学分析数学分析模型》一书的第11章有详细的所述。海森堡中则会的波函数是四分用量的。为了诠释海森堡及其解,麦克斯韦于1931年提显现出了粒子 (positive electron, positron)的术语。1932年,粒子被捕捉到到 (上图6)。粒子的术语后来扩展到显现出了粒子和奇异的术语。说是大胆设想,麦克斯韦的这段故事,一定会扩展到我们的初中生名看似,要让我们的初中生忘记,你可以有创造的当下。

上图6. 1932年秋在电离辐射撞击原子核实验中则会捕捉到到的电子产品-粒子对产生事件

就麦克斯韦创办电动数学分析电动数学分析方振的指导,阿尔伯特·爱因斯坦女士说是他曾短时间考虑也找不到恰当的评价传曾达,直到他中学毕业到了王维在《答侯少府》中则会的诗句:“性灵显现出万象,风骨超常伦。” “我更为高兴,想到用这两句诗来所述海森堡和粒子理论是再好从未了:一方面海森堡似乎包罗万象,而用“显现出”字义所述麦克斯韦的灵感尤为传神。”

04

精髓的表曾达方式模式

和善的麦克斯韦是杰显现出的、精髓的物理学学表曾达方式者。那个特征性原产数组,虽然在20世纪后半期玻尔就将之应用于汇总物理学,但是却被重新命名为麦克斯韦数组,或者麦克斯韦δ-数组。麦克斯韦δ-数组,定义为当且仅仅当x=0时δ(x)≠0,且

。麦克斯韦在传曾达一些完全矢用量的归一化时用做了这个数组,并引进小写字母δ(x)。麦克斯韦δ-数组可解中学毕业为总用量一定的用量 (unit impulse) 集中则会于一个二阶的周边地区,经常则会被用一些有一定宽度的连续数组改用,其中则会 a 是个给定,只要

,且当 a→a0 时只有 f(0, a0)≠0。如果要所述一连串等间距的这样的原产,可引进数组

,称作之为麦克斯韦裹 (Dirac comb),见上图7。麦克斯韦裹是更为重要的等间距无穷大势垒散射反弊端的模型框架。麦克斯韦引进的一个重要符号框架是问到用电动数学分析态及其共轭的符号

(bra) 和

(ket), 他将之重新命名为 bra 和 ket , 其实就是将英文bracket (括号) 分开两半。不要小瞧这个小写字母,它极大之外立刻了电动数学分析的推算。比如, 一个简单的

就说是清楚了本征用电动数学分析态组合而成完备集的允许。

上图7. 故宫屋檐的冰溜子,妥妥的麦克斯韦裹的具象化

仅仅仅仅引进两个符号框架当然不足以支撑一个人身份的物理学巨擘地位,麦克斯韦还是物理学学的传播者和传曾达者 (上图8),而且很多主旨是他个人身份的创造。麦克斯韦给我们留下来的物理学学看似述红皮书如下:

1. The principles of quantum mechanics (电动数学分析数学分析模型), 1930;

2. Lectures on quantum mechanics (电动数学分析讲义), 1966;

3. Lectures on quantum field theory (用电动数学分析场论讲义), 1966;

4. Spinors in Hilbert space (巴拿赫空间内中都的旋用量), 1974;

5. General theory of relativity (庞加莱), 1975;

6. Directions of physics (物理学学的方向), 1978;

这中都的每一篇都是名作。说是精心熟中学毕业的两本为《电动数学分析数学分析模型》(上图9) 和《庞加莱》(上图10)。或许是因为麦克斯韦对物理学的解中学毕业太通透,他的看似述的一个大特点是思路清晰。阿尔伯特·爱因斯坦女士说是麦克斯韦的篇文章是“长风篇文章不染尘”,说是以为此乃所述而非赞誉。说是后半期中学毕业麦克斯韦的《电动数学分析数学分析模型》时是在上世纪八十年代末,对其艺术风格更为不习惯。很久很久此后我才忘记,麦克斯韦的《电动数学分析数学分析模型》不是教科书 (textbook),他是以一个电动数学分析开创者的此前在给你讲述电动数学分析被创造的过振,娓娓道来,仿佛是在叙说是无论如何就有的一个故事或者传说是。

从找回真实的学反问创造过振的角度看去中学毕业《电动数学分析数学分析模型》,立刻能解中学毕业这本书对物理学学家文化教育的意味。愚以为,这本书的一个重要意味在于提醒你,你也可以把自己不在未来学反问创造者的位置上去进修学反问。《电动数学分析数学分析模型》一书第一次影印是在1930年5月底,那时的麦克斯韦博士还不足28岁。

上图8. 将要授课两粒子框架电动数学分析的麦克斯韦任教

上图9. 麦克斯韦1930看似 《电动数学分析数学分析模型》

上图10. 说是复印机的麦克斯韦1975年看似《庞加莱》

《庞加莱》是麦克斯韦1975年在英国所作,无论如何他较早已是物理学学界的开创者,对于所有的理论经验一定会说是他都是炉火纯青。《庞加莱》短短的69页,但似乎把关于庞加莱该说是的,从弯曲空间内的矢用量平行移动、张用量的1]和问到到玻尔场方振以及引力波为什么粒子为2,都说是清楚了。

05

无用的话

麦克斯韦是那种可以称作之为数学分析巫师 (mathemtatical wizard) 的物理学学家,秉承了莱布尼茨、吉布斯、克中都福德、开尔文爵士等一路传承很久的英伦数学分析传统意义。孕育思想,用清晰的、有时候需是自创的数学分析传曾达显现出来,最后导致崭新的物理学,这样的十九世纪的物理学学术研究艺术风格可知玻尔、麦克斯韦、阿尔伯特·爱因斯坦女士的成就中则会。这种的学术研究模式兼具强烈的倾向色彩,作为一个思想者,孤独的思想者,寂静的思想者,让麦克斯韦们兼具独特的人格魅力。与玻尔、麦克斯韦、阿尔伯特·爱因斯坦女士这样的独行侠相比,立刻是索末菲、索末菲、布洛赫这样的学说领袖毕竟稍嫌逊色一些。于思想者而言,学说总未必是体面的事情。

麦克斯韦的个人身份魅力更为在于其亦有其匹的纯净思绪,他被被誉为 “科学界的舒伯特”(The Mozart of science),“物理学学界最纯粹的灵魂” (The purest soul in physics)。麦克斯韦是个淡泊名利的人,他把包立-麦克斯韦汇总称作之为包立汇总[3],把索末菲上图景下的波函数运动所方振

称作之为索末菲运动所方振 (Heisenberg equation of motion),但这方振却是他推导显现出来的。在麦克斯韦的学术研究成果、讲座和看似述中则会,你看到的只是自然环境之理和自然环境之美,却从未一点学反问以外的氧化物。他于1955年在莫斯科医学院的纸片上写下的口号“物理学方程要兼具数学分析美” (Physical laws should have mathematical beauty) 是对到那时三百余年的高能物理学的图解总结,也是为未来理论物理学转型定下的格调。

诉说是了高斯的一句话,“选中学毕业黎曼,选中学毕业黎曼,他是我们全都的指导!”在如今这个电子技术即使如此了神话的时代,电动数学分析一定会成为受文化教育者的经验标配。在为名麦克斯韦诞辰120周年的孤单中都,让我们也选中学毕业麦克斯韦,在领近于自然环境的理性之美的同时, 也学着组织起来起一个经验创造者的当下。

参考文献资料

1. Helge Kragh, Dirac: A Scientific Biography, Cambridge University Press (1990).

2. Graham Farmelo, The Strangest Man: The Hidden Life of Paul Dirac, Mystic of the Atom, Basic Books (2009).

3. Abraham Pais, Paul Dirac: The Man and his Work, Cambridge University Press (1998).

4. Behram N. Kursunoglu, Eugene P. Wigner (ed.), Reminiscencese about a great physicist: Paul Adrien Maurice Dirac, Cambridge University Press (1987).

5. Helge Kragh, Varying gravity, Dirac's legacy in cosmology and geophysics, Birkhäuser (2016).

注释

[1] 我有一个方振。你也有吗?可知 Anthony Zee, Quantum field theory in a nutshell, Princeton University Press (2010).

[2] 波兰人Hermann Grassmann (1809-1877)较早准备了这样的拥护称作的数

[3] 非对称作地,他称作玻色-玻尔汇总为玻色汇总。物理学上以前把玻色-玻尔汇总同包立-麦克斯韦汇总看作是非对称作的、对等的,对此说是不敢苟同。容说是有机则会专刊讨论

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