
盧昌海
這是繼《小樓與大師:科學殿堂的人和事》和《因爲星星在那裏:科學殿堂的磚與瓦》之後的第三本同系列科普書, 泡利一生中犯過哪些重要的錯誤?尚無定論的諸如宇宙常數、追尋引力的量子理論等前沿探索,相對於主線這些可能是波折,是花絮。但也許會成爲未來主線的源頭。科學史也證明了這一點。所以本書看似花絮的內容,卻蘊含着科學上更多的可能性,對於讀者的知識架構的補充大有裨益。 在科學思維上,讀完此書,你也許對這段話理解更深“科學一直是犯着錯誤,不斷糾正着錯誤才走到今天的,永遠正確絕不是科學的特徵——相反,假如有什麼東西標榜自己永遠正確,那倒是最鮮明不過的指標,表明它絕不是科學。”質疑和批評的科學精神也是科學發展的源動力。
泡利之所以把“反常磁矩”歸因於自旋,經歷了以下幾個層面的思考與驗證: 1. 從反常塞曼效應看到“異常”來自何處 • 鹼金屬原子光譜的雙線結構和反常塞曼分裂長期無法用當時“角動量只能取整數”的量子理論解釋。 • 泡利研究後發現,只有讓價電子再擁有一個只能取兩個值的新量子數(即自旋 1/2),才能與實驗吻合,這從側面說明新的磁矩來源與自旋有關。 2. 相對論量子力學給出“正常”磁矩,自旋正是剩餘“異常”來源 • 運用狄拉克方程可嚴格導出:自旋 1/2 帶電粒子的磁矩本應滿足 g=2,任何偏離都只能來自對自旋的額外量子修正,泡利把這種修正稱爲“反常磁矩”。 3. 實驗觀測證實反常磁矩與自旋進動同步出現 • 在斯特恩–蓋拉赫型實驗裏,銀原子束在非均勻磁場中分裂爲兩條,說明只有自旋 1/2 的磁矩才能產生如此簡潔的分裂 pattern;軌道磁矩則會因角動量量子數不同而分裂更多條,與實驗不符。 4. 名正言順地將“異常”歸於自旋 • 既然 g=2 的結果來自自旋本身,而實驗測得 g≠2,最自然的解釋就是:粒子內部結構(或更準確地說,量子場論中的自旋-軌道耦合、真空極化等效應)讓自旋對外表現出“反常”磁矩。泡利遂將這一項命名爲“反常磁矩”,並把它的根源明確指向自旋。 綜上,泡利通過理論推導(狄拉克方程給出 g=2)、實驗驗證(反常塞曼效應、斯特恩–蓋拉赫實驗)以及對角動量量子數的重新量子化,將觀測到的“異常”磁矩統一解釋爲自旋這一內稟角動量的直接貢獻,從而奠定了現代粒子物理中“自旋—磁矩—反常”這一基本關係。
作爲面對普通人的科普書,有些篇章計算大複雜,公式大多!
雖然很多地方看不懂,但還是可以看看。高等數學和物理太難了。
本書是一部細分領域的科學史,講述了圍繞在數學、物理、天文等領域的一些“路邊閒話”,記錄了真理探索者們是如何一步一步“抽絲剝繭、薪火相傳”抵達彼岸的故事。科學的取得,是一個突破主觀束縛,打破隱含假設的過程,真理與謬誤從來都是結伴同行的,正是那些以假亂真的謬誤,才成就了真理的頑強。待到春暖花開,鮮花必將綻放在謬誤的荒蕪。
非常好的科普讀物,雖然有些章節我看不懂,開眼界,長知識!
關於人創造神,利用神,賦予神片斷寫的精彩。