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张永德:数学计算只是外衣,物理思想才是灵魂!

已有 8629 次阅读 2015-11-19 08:21 |个人分类:科学书摘|系统分类:教学心得| 科学出版社, 第三版, 高等量子力学, 张永德, 物理思想


《高等量子力学》是作者有关量子理论的几本书之一。对于采用“高等量子力学”作为书名作者是有些犹豫的。且不去说“高等”二字当前给人的感觉,单从内在逻辑自洽性角度看,“高等”“量子”“力学”这三个词有一种古怪而常被人们忽略的“三体排斥作用”:三者之中无论去掉哪一个,都可以构建逻辑自洽(至少较为自洽)的理论体系。高等力学、量子力学、量子场论等都可以。但三者凑到一块儿必定构建不出比较“自圆其说”的理论体系。比如,既然已是“高等”的“量子”,难免要涉及粒子的产生、湮没和转化,粒子数真的不守恒了! 这就超出了只限于研究物体受外力作用在时空中运动的传统“力学”的范畴。也有用“高等量子理论”的,但此名称又宽泛得与量子场论牵连不清,也许还让人感觉只重理论的偏颇。思前想后,只得是“前面的书名爬,后面的书名跟着爬”了。


20世纪80年代初,作者由四川三线国防单位转入中国科学技术大学,甫始即为研究生讲授“高等量子力学”这门课程。其后近三十年时间里,不断执教着它或是周边课程。与此同时,也一直从事与量子理论有关的研究工作。这本书便是在这样的科研教学背景下,根据作者多年讲稿,结合科研成果和体会整理修订而成。其中也包括一些我的学生和国内外学者的适宜纳入本书的研究成果。


写作本书过程中,作者尽力做到体系清晰、内容清新、叙述清楚。关于选择内容、叙述角度、掌握深度等问题,作者遵循的主导思想是:


其一,现代科学技术发展迅猛,对物理人才素质要求越来越高。当前形势要求教师在传授高等量子力学中,在保持系统性和相对稳定性的同时,应当注意引导学生向前看,顺应科学发展趋势,适当提高标准,不断吐故纳新,缩短与前沿的距离。这对培养高素质研究人才十分重要。


其二,要讲清当然,更要尽力讲清所以然。注意分析概念实质、揭示理论意图、挖掘物理内涵,揭示理论意图,交代清楚所讲内容与周边课程的衔接与分界。


其三,众所周知,总体上说,量子理论还存在许多基本困难和尚未弄清楚的重要问题。有鉴于此,作者本着开放思维,力求说清物理内涵,指明认知边界,叙述问题不回避、不含糊、不偏执。虽时有临笔踌躇,颇费思量,但对此方针仍是不离不弃。


其四,除个别章节外,全书选材大体偏重低能、偏重非相对论量子理论。这是为了顾及物理类多数专业(还有材料物理、量子化学、量子信息等)研究生的需要,也有展示量子理论内在逻辑自洽、结构优美的考虑。


涵括从非相对论量子力学到相对论量子场论,以及周边量子课程的整个量子理论,其领域广阔无垠,架构雄伟壮观,风姿绚丽卓绝,禀性精灵古怪。不像其他物理理论,量子理论是大批杰出理论和实验物理学家的共同创造。她是迄今物理学中最宏伟壮丽的宫殿群落,也是应用领域最为宽广的物理理论。她不仅是整个近代物理学的理论基础,甚至正在成为包括纳米材料科学、近代化学、近代生物学、量子信息科学的几乎整个近代科学的理论基础。她不但是一部厚重的科学理论,更是哲学和认识论的重要源头活水。总之,她堪称为人类文化的一块瑰宝奇珍。诚如朱熹所说:


半亩方塘一鉴开,天光云影共徘徊;

问渠哪得清如许,为有源头活水来。


高等量子力学虽属“可道”之“道”,却也是一泓清澈明亮的湖水,徘徊激荡着微观世界的天光云影,令人流连忘返。倘若读者在阅读辛劳之后从书中得到这份愉悦,那正是作者的追求和期盼。


从2008年年底《高等量子力学》出版,到这次历时一年的第三版修订,这是作者对本书力所能及的最后一次修改。改完书稿,本着韩愈的“传道,授业,解惑”精神,对初学者说几句学习和思考方法问题。


不像经典理论,量子理论问题思考起来时常比较困惑,加之高等量子力学问题计算起来通常也比较繁杂,初学者容易被炫惑。但这时更应当设法直面这些物理困惑,摆脱数学炫惑,注意问题本身(和展开内容)的物理动机、物理思想、物理概念、物理逻辑、物理分析、物理图像、物理结论、物理本质、物理关联……一般而论,


数学计算只是外衣,物理思想才是灵魂!


不要让人看见你只有手,而要令人感觉你有脑袋。不要对人对己说:


Shut up,Caculate!


不要类似于人们熟知的劝导:


书山有路勤为径,学海无涯苦作舟。


而要多想想Feynman在学习量子力学的时候,为什么会说:


Young氏双缝是量子力学的心脏!


这里“不要”的两种说法都是片面的、误导性的。对于抱侥幸、想偷懒、不懂事的孩子,这些说法是必要的。但是,对于已经立志做研究的研究生和做学问的人,他们并不抱侥幸也不打算偷懒。这些说法的主导思想中带有一些匠气,缺乏灵气,不注意提升悟性,偏于造就“匠人”!


一般地说,成功有四个要素:天资,勤奋,方法,机遇。其中,方法”就是“治学之道。如果想避免“一生辛劳,所获不大”的结局,除了不由自己做主的“天资”和可遇而不可求的“机遇”无法在事前事中讲究,应当讲究这个可以由自己管控的“治学之道”! 不可被前面两种说法所误导:以为“”就是一切,“”就是一切,“计算”就是一切,物理内涵是不去多想的! 灵性和悟性是不重要的! “治学之道”是不必讲究的!


总之,终己一生的整个治学过程都应当是


驭使小道,讲究中道,追求大道!


这里的“大道”就是


勤奋多思求悟!


如何去“求悟”? 这大体是一个“大道无形,只可意会,不可言传”的题目,是“不拘一格降人才”的“见仁见智”的题目了。




本文由刘四旦摘编自张永德著《高等量子力学(第三版)》(上下册)一书“第一版前言”、“第三版前言”,文字有删减,标题为编者所加。


978-7-03-045431-7


高等量子力学(第三版)》共12章,分别为:量子状态描述、对称性分析补充、全同多粒子非相对论量子力学——二次量子化方法述评、量子变换理论概要、非相对论量子电动力学、相对论量子力学及缺陷、量子力学的路径积分表述、多道散射理论(Ⅰ)、多道散射理论(Ⅱ)、近似计算方法、量子纠缠与混态动力学、量子理论述评.外加9个附录.


本书致力于阐述现代物理学的理论基础.全书体系清晰、内容翔实、叙述清楚、分析透彻,适合作为物理类研究生的公共理论基础教材,也是物理学工作者有用的参考书.



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