爱美之心,人皆有之,物理学尤甚( 四 )

“理论结构之美 , 是指理论有一个漂亮的结构 , 在20世纪以后它通常是指理论本身的数学结构” , 这种美在狄拉克的研究中尤其体现的淋漓尽致 , 狄拉克提出著名的“狄拉克方程”的灵感来源于他对数学最高境界的“结构美”的直觉欣赏 , 他几乎从不重视实验数据 。 但就是这样一个数学结构之美至上主义者 , 成了将量子力学和相对论嫁接到一起的第一人 , “他开创了一种研究物理的新途径 。 他干预直接猜想一个方程的形式 , 然后再试图对它进行解释……” 。

这三种美可以与物理学的三个领域观照 。 所谓的物理学三个领域 , 即实验、唯象理论和理论架构 。

实验和唯象理论结合起来是实验物理 , 而唯象理论和理论架构结合起来是理论物理 , 理论物理的语言是数学 , 物理的发展逐渐由从经验总结出数学规律 , 到基于已有的解释零散现象的规律发现更大一统范围的理论 , 完成基本理论架构 , 在此过程中也在逐步强调物理学美学 。

如传记作家沙利文所言“所以我们可以发现 , 科学家的动机从一开始就显示出是一种美学的冲动……科学在艺术上不足的程度 , 恰好是科学上不完善的程度” , 这里所说的艺术 , 即物理学规律的形式美、结构美 。 这种美可能包蕴在一个方程中 , 如薛定谔方程、狄拉克方程 , 也可能是人们对守恒性、对称性的一种追求(虽然现在弱相互作用宇称守恒已经坍塌) 。

最后从个人角度来说 , 作为一个理科背景的大学生 , 从这本书里我也收获了许多额外的东西 , 比如物理学家对理论之美的无限崇尚 , 对发现新知识、开拓新领域那种无限好奇和激动的心情 , 启示我们永葆一颗赤子之心对今后从事学术的青年来说至关重要 。

焦耳为了准确测量热功当量的值前后就花了40年时间 , 我们在做实验时是不是也应该摒弃浮躁的心理 , 更专心、更纯粹地做好当下呢?


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