问题

如何看待周世勋、曾谨言的量子力学充满数学物理方法,而不从物理角度看问题?

回答
理解周世勋和曾谨言的量子力学著作在数学物理方法上的侧重,以及这种侧重可能引发的讨论,需要深入到物理学教育和理论构建的本质。

从“数学物理方法”的视角理解周、曾著作

首先,我们要认识到,量子力学从诞生之初就与数学有着天然的、密不可分的联系。薛定谔方程、海森堡矩阵力学,无一不是高度数学化的表述。周世勋和曾谨言先生的著作,可以说是对量子力学这一“数学化”的物理理论进行系统、严谨的梳理和阐释。

他们的著作之所以被描述为“充满数学物理方法”,通常包含以下几个层面的意思:

1. 严谨的数学结构与逻辑推导: 量子力学本身就是建立在抽象的数学框架之上的,如希尔伯特空间、算符、线性代数等。周、曾的著作在讲解时,会非常注重从这些数学概念出发,一步步进行逻辑推导,建立起量子力学的理论体系。这意味着,他们会先引入必要的数学工具,然后展示这些工具如何在量子力学中被应用来解决具体问题。例如,在讲解原子光谱时,可能会详细介绍求解薛定谔方程的数学方法,包括各种坐标变换、特殊函数等。

2. 形式主义的强调: 量子力学的早期发展就存在着不同的形式主义,如波动力学和矩阵力学。周、曾的著作往往会系统地介绍和比较这些形式主义,并最终归结到更抽象、更普适的数学表述(如狄拉克符号)。这种强调形式上的统一性和完备性,使得量子力学能够以一种简洁而强大的数学语言来描述微观世界。

3. 应用数学技巧的展示: 为了解决实际问题,例如计算散射截面、理解能谱等,需要大量的数学技巧和近似方法。周、曾的著作中,会系统地介绍和运用这些数学工具,比如摄动理论、变分法、WKB近似等。这些技巧本身就是数学物理的重要组成部分,它们使得理论能够与实验结果进行定量对比。

4. 对公理化体系的重视: 有些著作会倾向于构建一种公理化的量子力学体系,即从少数几个基本公理出发,通过严谨的数学推导,演绎出整个量子力学的理论框架。这种方法在概念上非常清晰,逻辑上也无懈可击,但可能需要读者具备一定的数学基础。

“不从物理角度看问题”的解读与讨论

“不从物理角度看问题”这句话,其实是一种相对的说法,带有一些批判或反思的意味。它并非否定周、曾著作的价值,而是指出了其侧重点可能带来的某些感受:

1. 对物理图像的淡化: 量子力学的概念本身就与我们的宏观直觉相悖,理解起来需要借助类比和物理图像。例如,波粒二象性、量子纠缠等概念。如果一味强调数学推导和形式表述,可能会让读者在脑海中形成的物理图像不够清晰,或者对现象背后的“物理意义”感到模糊。读者可能会觉得,自己是在“解数学题”,而不是在“理解物理世界”。

2. 对概念根源的剥离: 量子力学的诞生并非完全是逻辑推导的结果,而是源于对实验现象(如黑体辐射、光电效应)的解释和理论上的“猜想”。这些实验现象和最初的物理直觉,是量子力学概念形成的土壤。如果著作过于强调成熟的数学体系,可能会让读者忽视了这些早期物理直觉和概念发展的历史脉络,从而无法体会到理论发展的“艰辛”与“巧妙”。

3. 学习门槛的提高: 过度依赖于先进的数学工具,可能会显著提高学习量子力学的门槛。对于一些数学基础相对薄弱的学生来说,他们可能会在理解抽象的数学概念上遇到困难,从而阻碍了他们对量子力学物理内容的掌握。这种情况下,学生可能更倾向于死记硬背公式,而无法真正理解其物理含义。

4. 缺乏“发现”的乐趣: 物理学最吸引人的地方之一在于其“发现”的过程,即从观察、实验到理论构建的探索。如果著作直接呈现的是一套完整的、已经高度数学化的理论体系,读者可能会错过在探寻物理规律过程中的那种“顿悟”和“成就感”。他们更像是“接受”既有知识,而非“参与”知识的构建。

如何看待这种侧重?

这种侧重并非绝对的好坏之分,而是教育和理解方式的一种选择,并且各有其价值:

对专业研究的价值: 对于未来要从事量子物理、量子信息、粒子物理等领域研究的学生来说,掌握严谨的数学物理方法是至关重要的。周世勋和曾谨言的著作,恰恰为他们打下了坚实的数学基础,使他们能够深入到前沿的理论研究中。从这个角度看,这种侧重是极其有益的。

对“科普”或“初学”的挑战: 然而,对于那些希望建立对量子世界宏观理解的初学者,或者非物理专业但需要了解量子力学基本概念的读者来说,过于强调数学结构可能会显得枯燥和难以企及。这时,一些更侧重物理图像、历史发展和概念解释的入门读物,可能更为合适。

作为一种“成熟”的教学体系: 事实上,在物理学的发展过程中,许多成熟的学科都会经历从直观概念到形式化数学体系的演进。量子力学作为一门高度抽象的科学,其最终的表达方式必然是高度数学化的。周、曾先生的著作,可以看作是将这门成熟的学科以一种系统、规范的数学物理语言呈现出来。这是一种对科学本身严谨性的忠实体现。

总结来说:

周世勋和曾谨言的量子力学著作,以其“数学物理方法”的严谨和完备而著称。它们系统地运用了量子力学所需的数学工具,为读者构建了一个扎实的理论框架。这种严谨性对于深入理解和研究量子力学至关重要,也是高等物理教育中不可或缺的一部分。

然而,当“数学物理方法”占据主导时,可能会在一定程度上“淡化”物理概念的直观理解和物理图像的构建。这并非作者的本意,而是源于量子力学本身的抽象性和对数学工具的高度依赖。因此,对于不同学习背景和目标的人来说,如何理解和评价这种侧重,会因人而异。更理想的状态或许是,在学习了严谨的数学物理体系之后,再回头去体会其背后的物理直觉和概念根源,或者是在学习过程中,能辅以更多侧重物理图像和概念解释的材料,来达到“形”与“神”的统一。

将周、曾先生的著作视为量子力学的“数学圣经”是可以的,它们展现了量子力学强大的数学之美和逻辑之严密。但同时,我们也需要理解,物理学最终的目的是理解自然界,而对自然界的理解,往往也离不开生动的物理图像和直观的物理意义。

网友意见

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题主要是看过喀兴林的书可能就不会这么觉得了,相比曾瑾言和周世勋的著作,喀兴林的书倒是更像一本数学书。

量子力学深深地扎根于线性代数,线性代数要是没学好的话要想学好量子力学就变得非常困难。鉴于国内线性代数的教学状况,我觉得在量子力学课程中温习一遍线性代数的基础知识是很有必要的,最好还要讲一点希尔伯特空间,这样的话学生们在学习的时候才不会那么困惑。比较典型的是塔诺季的《量子力学》或者喀兴林的《高等量子力学》,这两本书都专门花费了一章的篇幅去讲解量子力学中所需要的数学工具。

然而曾瑾言的《量子力学导论》中没这么干.......

作为一个当年没学好线性代数并且使用曾瑾言书当教材的学生,那种内心的困惑、无助、彷徨和迷惘我是完全能够理解的,毕竟当年我自己就亲身经历过这一切。

其实现在回过头来看曾瑾言的教材,我觉得这本书的知识点讲解是比较全面的,一些比较偏门的知识点——如散射振幅的极点和束缚态能级之间的关系之类的——它都讲了,作为一本参考资料还是可以的,只是作为量子力学的入门书来说可能确实不太友好。

其实真要谈物理的话,樱井的那本《现代量子力学》物理味可能更浓些。这书的前三章各自介绍了一个让我醍醐灌顶的实验:斯特恩-盖拉赫实验、阿哈洛夫-玻姆效应和中子干涉实验,我一直好奇为什么像斯特恩-盖拉赫实验这样的内容不是量子力学的标配。

最后说一点题外话:其实有一个重要的内容是很多量子力学教材都避而不谈的,那就是量子测量。我知道这个领域目前来说还有很多争论,但是在教材中完全规避它我觉得始终不妥,或多或少总得讲一下吧。

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