智慧的靈光 010304 理論物理學的方法

理論物理學的方法

作者：狄拉克

狄拉克（1902——），英國物理學家。生於布里斯托爾。1926年獲劍橋大學哲學博士學位，1932年成為該校教授。1930年選為英國皇家學會會員。他在描述原子現象的量子力學方面有較大貢獻。他提出了相對論形式的薛定諤基本方程，即狄拉克方程。在理論上曾預測到正電子。1933年他與薛定諤因建立新型原子理論而同獲諾貝爾物理學獎。

我打算與你們談談一個理論物理學家是如何工作——他是怎樣著手嘗試去更好地理解自然規律的。

一個人能回顧他過去所做的工作。這時他心中有個基本希望，希望他可以得到一些在處理目前的問題時有價值的啟示或教訓。我們過去必須處理的問題與今天的問題在根本上有很多相同之處，評論一下過去成功的方法對目前的工作可以有所幫助。

理論物理學家的工作程序可以分成兩大類。其一是在實驗基礎上開始工作。為此，必須與實驗物理學家們保持密切的接觸，知悉他們得到的全部結果而試圖使這些結果適合一個全面的令人滿意的圖式。

另一種程序是在數學基礎上著手工作，考察並批判現在的理論，設法確認其中的錯誤，然後努力消除它。這裡的困難在於要消除這些錯誤而又不破壞現存理論的巨大成功。

存在著這樣兩種普遍程序。當然，它們之間的差別不是一成不變的。在兩個極端之間有各種等級的程序。

遵循哪一種程序在很大程度上取決於研究的課題。對於一個不甚了解的課題，人們正在那裡開闢完全新的天地，他們完全被迫遵循依據實驗的程序。對於一個新的課題，人們起初僅僅收集實驗證據並對它們進行分類。

例如，讓我們回想一下上一世紀我們所確立的元素周期表的知識是怎樣積累的吧。開始，人們只是收集材料並對它們進行整理。隨著周期表的建立，人們才逐漸得以相信它。到最後，在周期表接近完成時，人們完全有把握預言，哪裡有空白，以後會發現一種新原子來填補這一空白。這些預言全部實現了。

當前，關於高能物理學的新粒子存在著一種十分相似的情形。這些粒子已經填進一個表，人們對這個體系是那麼相信，以致一旦發現有空白，就能預言將發現一種粒子來填補它。

在物理學的每個被了解得很少的領域中，如果人們不想沉湎於幾乎肯定是錯誤的荒唐的推測的話，就必須固守實驗基礎。我並不想一概而論地責備推測。它可能是有趣的，或許是間接有用的，即使它的結果是錯誤的。人們總應保持開放的頭腦來接受新思想，因此人們不應該完全反對推測。但必須小心，不能過於陷入推測。

我要提一下，我發現最好的想法通常並不是在人們積極尋求它們時得來的，而是在人們處於放鬆狀態時得來的。布洛克教授曾對我們說過他如何在火車上捕獲一些想法，而且常在旅行結束之前完成這些想法。我卻不是這樣，我常在星期天獨自長途散步，散步時，我往往以悠閑的方法去回顧當前的情形。這種場合常常證明是富有成果的，雖然散步的目的在於休息而不在於探索。

正是在一次這樣的場合中，我想到在對易子和泊松符號之間的聯繫的可能性。我並不十分了解泊松符號是什麼，因此不能確定這個聯繫。到家後我發現，我那裡沒有一本書解釋了泊松符號，因此我不得不焦急地等待第二天早上圖書館開門，我要證實這個想法。

原子物理學的最終目標是得到合適的初始方程，由此可推演出整個原子物理學。我們距此還很遠，向這個目標前進的第一步是完成低能物理學理論，這就是量子電動力學，然後推廣到越來越高的能量。但目前的量子電動力學不能適應數學美的高標準，我們期望基本物理理論有這種數學美。目前的量子電動力學還使人覺得，仍然需要在基本思想上有激烈的變革。（曹南燕　譯）　
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