理论物理学的方法

狄拉克

 狄拉克(1902——),英国物理学家。生于布里斯托尔。1926年获剑桥大学哲学博士学位,1932年成为该校教授。1930年选为英国皇家学会会员。他在描述原子现象的量子力学方面有较大贡献。他提出了相对论形式的薛定谔基本方程,即狄拉克方程。在理论上曾预测到正电子。1933年他与薛定谔因建立新型原子理论而同获诺贝尔物理学奖。

  我打算与你们谈谈一个理论物理学家是如何工作——他是怎样着手尝试去更好地理解自然规律的。
  一个人能回顾他过去所做的工作。这时他心中有个基本希望,希望他可以得到一些在处理目前的问题时有价值的启示或教训。我们过去必须处理的问题与今天的问题在根本上有很多相同之处,评论一下过去成功的方法对目前的工作可以有所帮助。
  理论物理学家的工作程序可以分成两大类。其一是在实验基础上开始工作。为此,必须与实验物理学家们保持密切的接触,知悉他们得到的全部结果而试图使这些结果适合一个全面的令人满意的图式。
  另一种程序是在数学基础上着手工作,考察并批判现在的理论,设法确认其中的错误,然后努力消除它。这里的困难在于要消除这些错误而又不破坏现存理论的巨大成功。
  存在着这样两种普遍程序。当然,它们之间的差别不是一成不变的。在两个极端之间有各种等级的程序。
  遵循哪一种程序在很大程度上取决于研究的课题。对于一个不甚了解的课题,人们正在那里开辟完全新的天地,他们完全被迫遵循依据实验的程序。对于一个新的课题,人们起初仅仅收集实验证据并对它们进行分类。
  例如,让我们回想一下上一世纪我们所确立的元素周期表的知识是怎样积累的吧。开始,人们只是收集材料并对它们进行整理。随着周期表的建立,人们才逐渐得以相信它。到最后,在周期表接近完成时,人们完全有把握预言,哪里有空白,以后会发现一种新原子来填补这一空白。这些预言全部实现了。
  当前,关于高能物理学的新粒子存在着一种十分相似的情形。这些粒子已经填进一个表,人们对这个体系是那么相信,以致一旦发现有空白,就能预言将发现一种粒子来填补它。
  在物理学的每个被了解得很少的领域中,如果人们不想沉湎于几乎肯定是错误的荒唐的推测的话,就必须固守实验基础。我并不想一概而论地责备推测。它可能是有趣的,或许是间接有用的,即使它的结果是错误的。人们总应保持开放的头脑来接受新思想,因此人们不应该完全反对推测。但必须小心,不能过于陷入推测。
  我要提一下,我发现最好的想法通常并不是在人们积极寻求它们时得来的,而是在人们处于放松状态时得来的。布洛克教授曾对我们说过他如何在火车上捕获一些想法,而且常在旅行结束之前完成这些想法。我却不是这样,我常在星期天独自长途散步,散步时,我往往以悠闲的方法去回顾当前的情形。这种场合常常证明是富有成果的,虽然散步的目的在于休息而不在于探索。
  正是在一次这样的场合中,我想到在对易子和泊松符号之间的联系的可能性。我并不十分了解泊松符号是什么,因此不能确定这个联系。到家后我发现,我那里没有一本书解释了泊松符号,因此我不得不焦急地等待第二天早上图书馆开门,我要证实这个想法。
  原子物理学的最终目标是得到合适的初始方程,由此可推演出整个原子物理学。我们距此还很远,向这个目标前进的第一步是完成低能物理学理论,这就是量子电动力学,然后推广到越来越高的能量。但目前的量子电动力学不能适应数学美的高标准,我们期望基本物理理论有这种数学美。目前的量子电动力学还使人觉得,仍然需要在基本思想上有激烈的变革。