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第16章 五月(2)(2 / 3)

《光子-强子的相互作用》(Phcton-hadronInteractions),雷丁,麻萨诸塞,本杰明出版社1972年版。

《统计力学》(StatisticalMechanics)雷丁,马萨诸塞,本杰明出版社1972年版。

理查德·范曼与朝永斯-郎及朱利安·施温掐尔“因他们在量子电动力学方面的基础性工作,由于其对基本粒子物理学的深层次探索的结果”而共同分享了1965年诺贝尔物理学奖。量子电动力学是把20世纪的物理学、相对论和量子力学的基本理论融入对电磁辐射与物质相互作用的描述中的一种理论,也就是说,它是对带电粒子,例如电子,如何与其他带电粒子、与光子、电磁场中的轻量子相互作用的数学描述,这一理论(在40年代提出)是物理学是最精确且得到明确证实的理论。

范曼的量子电动力学的研究方法与施温格尔或朝永斯(他在日本时的早期工作不为范氏和施氏所知)是根本不同的。范曼的方法从其在普林斯顿大学为完成博士论文(指导教师为约翰·威勒尔)而开始的工作派生而来,这一工作导致了一种完全新式的电动力学公式。从形式上看,它与薛定谔及海森堡在20年代提出的早期量子理论十分不同,但从数学上和物理上说则是等价的。

范曼的“空间一时间”观是一种全面(整体)的,而非局部(特殊)的描述,在此之中,它的基本量是完整的空间一时间路线的“振幅”。范曼在其诺贝尔奖演说中写道:“自然的变化过程通过表明它的整个空间一时间路线具有一定的特征而确定”。粒子可以由一个时空点运动到另一个时空点的各种不同方向的振幅被叠加到一起,并且当整个振幅总数相乘而产生粒子在两个时空点之间进行“传播”的可预测的可能性,而会发生干扰。范曼理论中的基本物理量是“作用量”(即累加的拉格朗日量)。范曼的量子力学是与经典力学和光学的最小作用量原则(费密特的最少时间原则)的传统一致的。

为了给量子电动力学设计他的运算方案,范曼运用了他早期和威勒尔在普林斯顿提出的电动力学描述所用过的时空量子路线方法。范曼(和施温格尔)面临的主要困难是,发现一种相对稳定的方式来排除运算中的非物理学的、“歧义性的”(无限的)部分,给物理量留下有限的结果。最近的实验结果已经表明,现存狄拉克电子理论中,没有正确地给出氢原子的能级和电子的磁矩,而这些量正是新的量子电动力学计算的重心所在。

据(正确的)看法,如果运算合理地被具体化到克拉姆·海森堡和韦斯科夫所提出的质量与电荷重正化概念中,那么歧义性就可以被排除。范曼发现了对这一问题的一种非精确化的直观图式解释,并且为在量子电动力学中任何系统的计算给出了规则和方法,这些图表使人们能够看到那些与理论的微扰系列膨胀相应的词汇(按量值排列)。它们是粒子相互作用的基本过程的图表表达。

“范曼图表”及其附属技巧可以运用到量子电动力学以外的其他理论中去。它们已经成了研究几乎所有基本粒子和多粒子体系的场理论的工具。

在本世纪50年代早期,范曼把他的时空量子力学方法运用到对处在绝对零度的液态He4的变化过程的认识问题上。在所谓的λ点(2.17k°)以下,液态He4有许多不同寻常的特性,而其突出的特征是“超流动性”,即流穿细孔而无阻的能力。从氦原子的微观特征中,范曼证明,在λ点,He4要经历一个相变,这是与理想的玻色——爱因斯坦气体中的浓缩相类似。在那里,系统中所有的粒子堕入最低能级状态。他也推导出了体系中低能聚合性激发(“声子”与“旋子”)的光谱品性特征,这些特征乃是温度变化时,其变化过程中的超流动性和交换的原因。在五、六十年代的早期,范曼也把他的轨迹整体方法应用到在极性晶体点阵中传播的电子的运动中。此种与周围点阵均衡的电子,作为极化子而为人所知:当它运动时,它就使晶体中的离子发生畸变,从而减少其能量并增加其有效质量。

与他加州理工学院的同事,迈雷·格尔——曼因一同攻关,范曼在1958年提出了弱相互作用的守恒矢量电流假设,这个理论已经为包括π介子蜕变在内的许多实验所证实。

在60年代后期,范曼提出了一种简单直观的图式——部分子模式——来描述强子的高能散射变化过程。强子是强烈相互作用的粒子(象质子和中子)。通过把每一强子看作由点组分(称部分子)构成的,范曼能够解释电子—质子和质子—质子散射的观察到的实验结果。范曼对其他问题也作出了重大贡献,其中包括仍未被解决的如何使重力量子化的问题,即把量子力学与爱因斯坦的万有引力理论(广义相对论)统一起来。

范曼是一个充满活力性格外向的演说家,他的讲稿整理后已被扩展成了几本书。在60年代早期,他在加州理工学院给一年级和二年级大学生讲课,其讲稿整理成了三卷著作——《范曼物理学讲座》,并被所有物理学工作者——从新入

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