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除了自己的无知,
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-苏格拉底

 
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一九九四年日记

- 卢昌海 -

本日记只代表写作之时的观点, 此处重贴纯系纪念, 读者请勿引用或视之为参考资料。

1994.1.6 星期四

我正在读 Henri Bacry 的《Localizability and Space in Quantum Physics》(Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1988)。 这本书最令我感兴趣之处, 在于作者强烈地批判主义倾向。 在序言中作者就开宗明义地提到人们必须放弃:

  1. Minkowski 时空 (但不是狭义相对论,能量动量空间)
  2. 互补原理
  3. 波粒二象性
  4. 作为构造量子理论的普遍方法的量子化程序

作者写道, 几乎所有量子力学的先驱者们都带着对量子理论的状况的深深不满而离开了人世 (当然在我看来这有点言过其实), 现在的年青物理学家必须了解这些先驱者们对量子理论所持的深刻的批判态度, 以及他们为改善理论境况所作的持久的努力。 当我看到这几句话时真的是很有知音感。 现代物理学和物理学界抛开其华丽的外表不说, 在实质上代表了一种悲哀的退缩, 实用主义的气氛已经成为主流。

当然, 作者所提出的放弃上述命题的具体理由是否成立, 他所赞同的替代方案是否有效, 则是另外一个问题。

1994.1.13 星期四

我在物理系图书馆里查找了一些有关 Stern-Gerlach 实验的资料, 我想知道人们究竟做过多少实验研究, 特别是是否针对 J > 1/2 的情形做过实验。

在 R.L.Sproull 和 W.A.Phillips 的《Modern Physics: The Quantum Physics of Atoms, Solids, and Nuclei》(John Wiley & Sons Inc. 1980, 3ed) 第 126 页上我看到了一幅对银原子 (J=1/2) 的观测结果的照片, 从中可以看出原子束形成的线的确是相当宽的, 这与我的计算完全符合。 但这本书丝毫没有提及 J > 1/2 的情形。 在杨福家的《原子物理学》(高等教育出版社,1990,2ed) 中明确地提到人们曾许多其它原子作过研究, 特别是提到了 O(3P2)、 P(4S3/4) 和 N(4S3/4) 应该分别有 5 条 (O) 和 4 条 (P,N) 线, 但没有实验结果的照片。 按我的计算, 这是不可能的。

量子场论中的一个简单问题, 是计算两个电子的散射|k1k2> → |k3k4>。 从物理上讲这种过程似乎是不存在的。 电子状态的这种改变不可能不发射光子, 也就是说末态必须含有光子 (否则跃迁几率应为零)。 考虑这个问题使我想到了一个相关的问题: |k1k2> → |k3k4p1> 和 |k1k2> → |k3k4p1p2> (p为光子态) 是否都有可能? 这两种情况下末态光子数目不同。 回忆一下量子力学的情形, 态的演化是维一的, 初态一定, 末态必定唯一。 不过在进行测量时 (按照投影公理) 纯系综会坍缩为混合系综, 从而产生不同的末态。 我们现在涉及的是一个颇为有趣的问题: 这种坍缩是否会影响粒子数目? 在量子力学中是不会的, 但在量子场论中场本身可以处于粒子数不同的状态的叠加态之中, 于是投影公理在场论中的奇特推论便是: 观测可以创造或消灭粒子。

1994.1.17 星期一

今天是进行了 Mini-CUSPEA 考试的口试, 由一位来自 CCNY 的物理学教授主考。 我已经买好了下午回杭州的车票, 因此要求第一个进行口试。 当然这个要求很容易地得到了满足, 因为其他同学大都希望晚些参加口试, 以便有机会从先参加的人口中打听口试的大致情况。

虽然这是我生平第一次用英语参加口试, 不过由于我对整个出国考试的成败看得很轻, 因而心中并不紧张。 从客观上讲, 我意识到一个很不利的地方是这位教授是从 CCNY 来的, 而我在填写意愿时根本没填 CCNY (事实上我只填了 Columbia, 在我看来这是三所学校里唯一值得去的, 如果去不了 Columbia, 我就干脆哪儿也不去了)。 他看了我的申请材料或许会产生不好的先入之见。

大家坐下后, 我随口问他这是不是他第一次来中国。 他说是的, 又说因此感到很兴奋, 以致于只顾了观光, 连我们的申请材料都还没来得及看。 我心想这再好不过了。 不过没等我窃喜完, 他问我的第一句话就是: 你选了什么学校? 我只好给他来了个含糊其词, 我说我认为 Columbia 的物理系不错, 因此我将之作为第一选择, 另外两所学校我不是十分了解, 不知道哪个好些。 他点头说 Columbia 的确是最好的, 不过 CCNY 的物理系要比 NYU 的好。 谈完了这个话题后他对我说: “在我问你之前, 你有没有什么问题要问我?” 我说我听说你是研究原子物理的, 我很高兴能有机会向你请教一个关于 Stern-Gerlach 实验的问题。 于是我向他叙述了我对 Stern-Gerlach 实验的看法, 并给他看了我用计算机绘制的粒子分布曲线。 这个问题我考虑过多次, 并和包括曾心愉在内的系里的几位教授讨论过, 都没能得到解决。 他也无法解释我所提出的疑问, 我们讨论了二十几分钟。 这反客为主的二十几分钟使我掌握了主动, 在剩下的几分钟里他只能询问我几个十分简单的问题。

1994.2.14 星期一

今天收到了系里的信, 得知我已经被 Columbia 大学录取了。

1994.3.6 星期日

将 L 或 H 写成正规乘积虽然有许多优点, 却似乎无法解释 Casmir 效应, 因为这一效应源于零点能的变化。 如果原则上消去了零点能, 就谈不上什么零点能的变化了。

1994.4.8 星期五

今天下午, 曾谨言教授在物理系会议室作了一个题为 “Berry 相的物理意义” 的报告, 听者如云 (曾谨言的《量子力学》教材在国内流传极广)。 他谈论的核心是 Aharonov 等人对 Berry 相的推广, 使之不要求绝热。 Aharonov 等人提出了一种命名方法, 将相位分为动力学部分和非动力学部分 (Berry 相)。 曾谨言提出, 这种命名是含混的, 所有的相位都是动力学的。 他的结论是: Berry 相是刻划体系离定态的远近的。 H 显含时间时, 不存在定态, 因而 Berry 相不为零, 若 H 不显含时间, 则对于定态 Berry 相为零, 对于非定态 Berry 相不为零。 我认为这个报告意义不大, 其结论也颇有可以怀疑的地方。 曾谨言讲完后我站起来问他: “在 Berry 相提出之前的 A-B 效应被视为是 Berry 相的物理体现。 但在 A-B 效应中 H 也是不含时间的, 只是由于空间是复连通的才造成了非零的效应。 因此 Berry 相的产生至少还有空间拓扑结构上的起源, 并非仅仅取决于离定态的远近。” 我讲完后, 大家都沉默了几秒钟。 苏汝铿教授看来表示赞同。 曾谨言没能作出恰当的答复, 他问倪光炯教授的看法, 倪光炯也没能回答, 他只是说这是一个很好的问题。

1994.4.14 星期四

Mach 原理可以导致许多有趣的问题: 比如如果宇宙中只有一个氢原子 (没有任何别的物质), 情况会如何? 电荷和 Planck 常数通常被认为与其它物质的存在与否无关, 但 Mach 原理认为惯性起源于物质间的相互作用, 当宇宙中只存在一个单独的氢原子时, 质量显然极小。 因此按照氢原子的半径公式, 原子的半径将会很大。

从某种意义上讲, Mach 原理是不可替代的。 由于运动是相对的, 任何因运动而产生的效应 (如惯性力) 都只能被认为是在一定程度上由那些使运动本身成为可能的参照物造成的 (因为没有参照物就没有运动, 也就没有因运动而产生的效应)。 只要认为空间本身不能作为参照物 (即没有绝对空间), 就只能相信 Mach 原理。 值得注意的是, Mach 原理在现代物理学体系中的实际地位却并不象我们分析的那样重要。

1994.4.15 星期五

有关高速运动物体的视觉 (或摄影) 形象是一个相当复杂的问题。 一般认为当物体对观测者所张视角很小时, 其视觉形象相当于转过一个角度 sin-1(v/c)。 我认为这一结论仍有问题。 (... ... 论证从略 ... ...) 在我们的感觉中物体是否转过一个角度有赖于许多因素, 比如明暗色调, 物体上各点的远近。 (... ... 论证及图像从略 ... ...) 因此高速运动物体的视觉形象如何, 并不是象许多人分析的那样是一个简单的投影问题。

1994.5.6 星期五

今天下午我听了何祚庥教授所作的有关宇宙暗物质及其构成与检验的报告。 何祚庥所猜测的暗物质的可能组成包括超对称粒子。 何祚庥报告的核心内容是将 1972 年在云南所观测到的一例无法说明的粒子反应解释为由超对称粒子的参与造成的。 他正在兴致勃勃地申请一个耗资 3500 万元的探测计划, 试图再现 1972 年的事例。 我认为此举成功的可能性极小, 因为这一计划的全部基础只不过是经过一定努力仍未能复现的单一观测事例, 加上一个大量预言全无实证的超对称理论。

何祚庥的报告本身是相当精彩的, 逻辑线索清晰, 语言生动诙谐, 大大改变了我对他的印象。 以前我读过他的几篇哲学文章, 对他的印象比较负面。

1994.5.9 星期一

今天下午我和曾心愉讨论了许多东西, 其中有一个问题比较有趣: EPR 佯谬中测量粒子 1 的自旋分量 Sz 使粒子 1,2 的状态均坍缩到自旋本征态。 这是一对同时事件吗? 它似乎在任何参照系中都应该同时。 更进一步, 波包收缩是一个相对论意义下的物理事件吗? 它发生在时间中, 但在空间中却是非局域的。 我们认为量子力学的确有一些与相对论不协调的地方, 否则 Einstein 也就不会打着相对论的旗号怀疑量子力学了。

1994.5.18 星期三

很早以前我曾经考虑过一些问题: 宇宙早期无疑是处在其黑洞视界以内, 它怎么还有可能会是开放的呢? 我们既然在视界内又为何不掉进奇点呢? 现在我明白那些问题的前提是错误的, 事实上宇宙学解和黑洞解是截然不同的。 黑洞解假定远处时空是平直的 (旋转黑洞的旋转也是相对于远方背景的--绝对空间的幽灵?), 而宇宙学解是针对整个时空的, 不存在渐进平直假设, 两者是互不包含的。

1994.5.26 星期四

基本粒子理论的未来发展是一个另人困惑的问题。 我们究竟该如何看待统一理论? 以 SU(5) 大统一理论为例, 它是扩大对称群的最小方案。 它之所以被称为大统一理论, 是由于它以单一规范群取代了标准模型中的直积群, 从而用一个耦合常数取代了标准模型中的三个独立的耦合常数。 但另一方面, 它却引入了整整二十九个 Higgs 粒子。 我认为仅此一点就足以破坏 “大统一” 这三个字, 这么多粒子的质量都是自由参数, 它难道比标准模型更具有物理价值吗? 沿着这一思路发展出的其它理论 (包括超对称理论) 只会引进更多粒子, 这样的方案只怕永远也够不上 “统一” 二字。

1994.8.24 星期三

现在是北京时间下午 3:05, 我乘坐的 CA981 航班在这个普普通通的午后离开了我生活了二十几年的中国大地 (起飞时间比预定的晚一小时左右), 从此揭开了我一生中真正孤单的漫长旅途的序幕。

飞机顺着地球自转的方向飞行, 不断地跨越着时区。 飞机上的昼夜交替只有六、 七个小时。 夜幕很快就在被斜阳染得绚丽多姿的天边云彩的印衬下降临了。 机舱里昏暗的灯光伴随着发动机单调的轰鸣声把慵懒的乘客们催入了梦乡。 我却是个坐着就很难入睡的人, 此刻又远没到我平时睡觉的时候。 我想睡一会儿, 以便适应时差, 但纷至沓来的思绪却让我无法安然入睡。

几个小时在似睡非睡之中恍恍惚惚地流过, 微弱的晨光渐渐地在无边的夜幕中撕开了一角, 新的一 “天” 又开始了。 北京时间当晚 11:00 我们到达了美国阿拉斯加 (Alaska) 州的安克雷奇 (Anchorage) 机场。 这时正是当地时间 8 月 24 日早晨 7:00 , 天色已亮。 我们在这里办理了入境手续。

办完手续离起飞还有约一个小时, 我在候机室里找了一张靠窗的椅子坐了下来。 此时的安克雷奇机场并不繁忙, 除了偶尔有一两架小飞机起降外, 整个机场显得冷冷清清。 远处, 绵延起伏的青色山峦静静地卧在晨曦中, 窗外的凉意仿佛顺着清晨的宁静悄悄地透进了候机室, 如薄雾般徐徐地弥散在安谧的空气中。

北京时间 25 日凌晨 0:30, 我们重新登机飞往纽约。 在七个小时中我们又经历了飞机上的一天, 当我们到达纽约时, 已是美国东部夏令时间 8 月 24 日晚上 7:30, 北京时间 8 月 25 日早晨 7:30。 我终于到达了太平洋彼岸的这个遥远的国度。

我背着双肩包走出了飞机, 在踏进候机楼的一刹那, 忽然有一种走向未知的茫然与兴奋袭上心头。 多少年来, 虽然我只有少数几年真正和父母生活在一起, 但不论走到哪里, 都是在一个熟悉的语言和文化环境中。 即使是中学毕业去大连参加军训, 也没有一种真正远行的感觉。 只有在这一刹那, 我才第一次感觉到自己从此远离了所有的亲人; 只有在这一刹那, 我才第一次感觉到自己从此背负起了自己漂泊的命运。 我跨进了异乡的大门, 仿佛跨出了自己心灵上的一间小屋。

从现在起, 我的记录将采用美国东部时间。

1994.9.24 星期六

我以前关于系综分布的看法需要作些修正。 1992 年 3 月 20 日 的看法, 即微正则系综只能作为统计物理的先验假定, 仍然成立。 但并非所有的系综分布都是先验假定。 有些分布, 比如正则分布, 或许是可以由客观演化自动形成的 (即不同于 1993 年 2 月 22 日 的分析), 就象 Boltzmann 分布一样。 原因在于正则系综中的各系统虽然彼此无相互作用, 但它们都与外界热源接触, Liouville 定理并不适用于这种情形。 无论初始时各体系处在什么分布, 它们和热源的作用最终会形成一种与初始分布无关的客观分布。

1994.9.30 星期五

这一个星期几乎没有看什么书, 除了听课和 TA 工作外, 大量的作业实在令人头痛。 这些作业不仅运算极为繁复, 而且数量众多, 要花费大量的时间来应付。 我甚至感到奇怪, 美国的学校如此注重习题, 为什么在理论运算方面中国学生仍能强于美国学生?

1994.10.30 星期日

有些物理学家将超流体的概念运用到核物质中, 比如研究中子星中的超流问题。 对此我认为很重要的一点是要先弄清楚核物质的超流转变温度有多高, 因为中子星 (除非是冷中子星) 内部的温度极高 (107K - 109K), 有可能高于超流转变温度。

1994.11.8 星期二

D.C.Khandekar, etc 在 《Path Integral Methods and Their Applications》 (World Scientific, 1993) 中提到从表面上看路径积分只涉及 C-数, 似乎不存在量子力学中常见的由算符排序所带来的不唯一性。 但事实上路径积分并没有解决结果不唯一的问题。 Khandekar 说在将路径积分离散化 (这是实际计算时唯一可行的方法) 时在各区间中取不同的点就对应于不同的算符顺序。 比如中点法则对应的是标准的 Weyl 顺序。 我对此很怀疑, 因为取点方法有无穷多种, 而算符排序却只有有限种, 很难认为两者之间会有确切的对应关系。

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