最近在kindle里乱翻的时候,翻到了这本我高中时曾数次尝试读懂,却都无疾而终的书。如今带着对量子力学和粒子物理学的一点基础再次挑战,终于是成功读完了。这样看着自己在不同课上零散地学到的知识以这样一种方式被融会贯通般地讲述,真是妙极。
我们这一代人和上个世纪的物理学生不一样,从小就被灌输了“波粒二象性”这一概念的正确性。只不过这个概念未免有些过于便利了,以至于我们习惯了在处理某些问题的时候只用波的性质(波函数与Hermitian operator们可以给你带来几乎所有你需要的物理量),又在另一些问题上只把它们当作粒子(比如说计算collision几乎都是用四维矢量在做吧),而很少去想“What about the other way?”。
我高中参与科研项目的时候,老师曾经问过我们一个问题:光为什么会折射?这个问题让我印象极为深刻,因为我把光当作粒子组成的一条线来思考,并没有答上来这个问题。而当时的我已经熟知Snell’s Law了,完全可以说是“知其然不知其所以然”。回家以后我上网查到了这个问题的答案:我们可以把光当作plane wave来处理,这样wavefront会因为进入介质的时刻不同而产生偏转。我一直把这件事记在心里,以此鞭策自己要多问为什么而不是想当然,但那之后好像我也没有再想过这件事用粒子该怎么解释了。后来学习了费马原理和变分法,我觉得大概可以解释,但我好像还是不知道为什么光会在不同介质里速度不同,以及,这样处理问题好像变成了一个纯粹的数学问题,这(对我而言)并不好,因为物理和数学的区别就在于,它多少有点现实的sense。
在这本书里我能联想到很多我学过的知识。比如推导的方法可以和波的性质联系起来的,表示概率的probability amplitude其实是一个complex number,会随着时间发生变化,也可以旋转和缩短,这些性质都和我们平时用的e^i(kx-wt)的plane wave solution很像。当一个事件可以以不同方式发生时我们把概率箭头相加,而当一个事件是相继发生的独立事件时我们把箭头“相乘”,这其实对应了概率论里的加法/乘法原理。如果带着这些基础来阅读这本书,理解内容就会变得比较轻松了。
这个理论里最有趣的一部分我觉得就是“考虑所有的可能性,然后把这些箭头相加”了。说实话如果是我的话可能没有勇气,因为这听起来太天文数字了。不过路径积分相应地也会带来一些问题,比如说在距离为0时的无穷大结果,不管用多小的值去代替0,都无法得出理论的精确值。在电动力学里我们用Dirac-Delta解决了这个问题,在QED里费曼也提出了解决方案,但是我没太看懂。
在最后一讲里,费曼把他的这种思考方式(用photon和electron的coupling解释大部分物理现象)推广到了强相互作用和弱相互作用,于是photon变成了gluon,W和Z Boson,electron也变成了quark。在Particle Physics里折磨我许久的费曼图,也真的是在读了这本书之后我才真正理解了意义。之前在课上,我只是被教导:正粒子箭头朝右反粒子箭头朝左,时间从左向右……却没人告诉我这图有什么意义,我们为什么要画这些图——是为了考虑一个事件发生的所有可能性,然后把概率箭头相加来计算概率!四十年后我们的课上却丢掉了它最重要的东西。
在看到最后一段话时,我很有感触:“至今还没有一个理论能对质量数做出很恰当的解释。我们在所有的理论中都使用质量这个数,但是我们不理解它——它到底是什么,是从哪里来的。”——2012年,Higgs Boson的被发现让Higgs Mechanism更加有说服力了,我们对“为何有质量”这个问题也有了更深入的了解了。所以在看到这句话的时候,我更深刻地感受到物理学是不断在进步的,未来还会有这更多问题等着我们去探索

我们这一代人和上个世纪的物理学生不一样,从小就被灌输了“波粒二象性”这一概念的正确性。只不过这个概念未免有些过于便利了,以至于我们习惯了在处理某些问题的时候只用波的性质(波函数与Hermitian operator们可以给你带来几乎所有你需要的物理量),又在另一些问题上只把它们当作粒子(比如说计算collision几乎都是用四维矢量在做吧),而很少去想“What about the other way?”。
我高中参与科研项目的时候,老师曾经问过我们一个问题:光为什么会折射?这个问题让我印象极为深刻,因为我把光当作粒子组成的一条线来思考,并没有答上来这个问题。而当时的我已经熟知Snell’s Law了,完全可以说是“知其然不知其所以然”。回家以后我上网查到了这个问题的答案:我们可以把光当作plane wave来处理,这样wavefront会因为进入介质的时刻不同而产生偏转。我一直把这件事记在心里,以此鞭策自己要多问为什么而不是想当然,但那之后好像我也没有再想过这件事用粒子该怎么解释了。后来学习了费马原理和变分法,我觉得大概可以解释,但我好像还是不知道为什么光会在不同介质里速度不同,以及,这样处理问题好像变成了一个纯粹的数学问题,这(对我而言)并不好,因为物理和数学的区别就在于,它多少有点现实的sense。
在这本书里我能联想到很多我学过的知识。比如推导的方法可以和波的性质联系起来的,表示概率的probability amplitude其实是一个complex number,会随着时间发生变化,也可以旋转和缩短,这些性质都和我们平时用的e^i(kx-wt)的plane wave solution很像。当一个事件可以以不同方式发生时我们把概率箭头相加,而当一个事件是相继发生的独立事件时我们把箭头“相乘”,这其实对应了概率论里的加法/乘法原理。如果带着这些基础来阅读这本书,理解内容就会变得比较轻松了。
这个理论里最有趣的一部分我觉得就是“考虑所有的可能性,然后把这些箭头相加”了。说实话如果是我的话可能没有勇气,因为这听起来太天文数字了。不过路径积分相应地也会带来一些问题,比如说在距离为0时的无穷大结果,不管用多小的值去代替0,都无法得出理论的精确值。在电动力学里我们用Dirac-Delta解决了这个问题,在QED里费曼也提出了解决方案,但是我没太看懂。
在最后一讲里,费曼把他的这种思考方式(用photon和electron的coupling解释大部分物理现象)推广到了强相互作用和弱相互作用,于是photon变成了gluon,W和Z Boson,electron也变成了quark。在Particle Physics里折磨我许久的费曼图,也真的是在读了这本书之后我才真正理解了意义。之前在课上,我只是被教导:正粒子箭头朝右反粒子箭头朝左,时间从左向右……却没人告诉我这图有什么意义,我们为什么要画这些图——是为了考虑一个事件发生的所有可能性,然后把概率箭头相加来计算概率!四十年后我们的课上却丢掉了它最重要的东西。
在看到最后一段话时,我很有感触:“至今还没有一个理论能对质量数做出很恰当的解释。我们在所有的理论中都使用质量这个数,但是我们不理解它——它到底是什么,是从哪里来的。”——2012年,Higgs Boson的被发现让Higgs Mechanism更加有说服力了,我们对“为何有质量”这个问题也有了更深入的了解了。所以在看到这句话的时候,我更深刻地感受到物理学是不断在进步的,未来还会有这更多问题等着我们去探索


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