量子场论通俗入门费米及物质的解释_维尔切克

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1、DOI:10.13405/j.cnki.xdwz.2010.05.002基于量子理论，费米帮助建立了一个理解物质的新框架。这个框架在两个关键方面完善和改进了传统的原子论。首先，物质的基本组分可归属于很少的几类，且给定种类（如电子）中所有的成员都是严格全同的和确实不可分辨的。这种深奥的全同性可通过量子统计现象用实验展示，并可用自由量子场论的原理来解释。第二，一个种类中成员可以变异为其他种类的成员。这种变异性可被理解为显现相互作用量子场论。费米通过他在量子场论和量子统计方面的工作，为建立这种新观点的理论基础做出了贡献，并通过他关于β衰变、核嬗变以及早期的强相互作用理

2、论的工作，促进了这种新观点富有成效的应用和实验验证。费米及物质的解释维尔切克著丁亦兵乔从丰李学潜沈彭年任德龙译在恩里克·费米（EnricoFermi）诞辰100周年描述出色地解释了行星运动的开普勒（Kepler）定之际，我有幸回到我的母校去表达一份敬意。费米律、潮汐、岁差和很多其他现象的原因，但对诸如永远是我心目中的一位英雄，也是我的科学“曾祖行星的个数和它们的卫星、它们的相对大小或它们父”（按照费米→邱(Chew)→格罗斯（Gross）→威轨道的尺度等都没有给出推理的预言。实际上我们尔切克排列）。在演讲的准备过程中，浏览他的论文现在知道别的一些恒星支持迥然不同

3、类型的行星系也是一种乐趣和启发。统。与之相似，在电学、磁学、光学等诸方面的18我被要求就“费米对现代物理的贡献”演讲半和19世纪的伟大发现，综合成为电磁学的麦克斯韦个小时。当然，演讲的内容需要严格的挑选。在我动力学方程，对给定的电荷、电流及电场和磁场的后面的几位讲演者将会讨论费米作为教师和科学界分布行为提供了一个丰富的描述，但没有解释为什知名人士的杰出成就，显然我的工作将集中于他对么应该存在一些特定的可以重复的物质形式。科学文献的直接贡献。除非去分类编目，我的任何更具体地，经典物理中没有什么东西能解释存作法都将遗漏太多的材料。但分类是可笑的，也是在具有一定大小和

4、特性的基本组元。然而物理世界冗长乏味的，因为带有费米同事们重要评注的费米最基本的事实之一就是，物质由很少的几种基本组文集很容易得到。我决定要做的是，找到并且遵循元（例如电子、夸克、光子、胶子）构成，每种组一个可以把费米最重要的工作联系在一起的统一的元都有大量的全同拷贝。由于每个原子都会有自己思路。尽管费米的论文内容异常广泛，并且总是集稀奇的性质，难道就不能存在有规可循的化学吗？中于一些具体问题，但这样的一个思路不难理出。相反，我们在自然界中发现了这些性质的精确一致对那些我认为是20世纪物理学最重要的成就：即一性，甚至跨越宇宙尺度。遥远星系恒星大气中的原个基于一些

5、非常不直观的概念，但已整理到一些精子发射出的谱线的模式与我们在地球实验室中观测确且可使用的方程中的、实际上精确的、十分完整到的一致。的物质理论，费米是一位多产的撰稿人。几个世纪来，原子论某些形式的证据已被定性一、改变了的原子论和半定量的确认。卢克莱修（Lucretius）对于古代从伽利略和牛顿时代，物理学的目标——很少原子论给出了诗一般的描述，牛顿在他著名的《31被清楚地表述，但在实践中是默认的——是导出一问》中表示赞同，写道：些动力学方程，这样给定一个物质体系在某时刻的我认为似乎这是很可能的：上帝最初用实心的、组态后，其他时刻的组态就能被预言。基于牛顿天有质量

6、的、坚硬的、不可穿透的和可运动的粒子构体力学的太阳系的描述将此目标变成了现实。这种造物质，这些物质具有那样的尺度和外形并具有那·6·现代物理知识样的一些其他性质，与空间如此相称，以致最有利性。犹如我将讨论的，费米是这一构建的主要缔造于达到上帝通过构造它们所要实现的终极目标；并者，对许多层面的设计都做出了贡献。且这些原始的固态的粒子与任何由它们复合成的可二、全同的和不可分辨的渗透的物体相比是无比坚硬的，甚至坚硬到绝不可基于经典物理的观点，电子（或其他基本组元）能磨损和破碎；没有什么普通力量能分割上帝自己的不可分辨性既是不必要的也是令人惊奇的。假如在首次创造中造出的

7、粒子。电子是近似地但并不完全精确地全同，例如，假如在19世纪，道尔顿（Dalton）通过认定定比定律，它们的质量在十亿分之几的范围内变化的话，那么使原子论成为化学科学的基础。克劳修斯根据经典物理的定律，不同样本电子的行为会很接（Clausius）、麦克斯韦（Maxwell）和玻尔兹曼近但不会是完全相同的。由于是连续变化的，我们（Boltzmann）用它对气体行为构建了成功的定量理就不可能排除这样的可能性，即较现有精度更高的论。但在这些发展中，原子本身的性质不是推导出未来的测量或许会发现电子间的微小差别。确实，来的，而只是假设，并且他们的理论并没有更多地预期将产生

8、差别似乎是合理的，因为电