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当我发现那个物理大神是邻村大爷时

好的学习环境里,要有大神级的乡亲们。想学习,到有学识的当地去,到有学识的人身边去。初识洪特定则是在1984年,秋季学期,那一年我大三,开端学习原子物理。课上用的是一本中文教科书,我觉得要用那本书学会原…

好的学习环境里,要有大神级的乡亲们。想学习,到有学识的当地去,到有学识的人身边去。

初识洪特定则是在1984年,秋季学期,那一年我大三,开端学习原子物理。课上用的是一本中文教科书,我觉得要用那本书学会原子物理,其难度无异于咱们俗人学着天主发明国际~至今我都对班上当时考高分的同学敬佩不已。原子物理中有一个洪特定则,给我留下了深入的形象。更让我意想不到的是,13年后一个春天的正午,我会发现那个物理大神洪特居然是邻家大爷。那一刻,物理学关于我瞬间明亮了起来。

依照中文教科书的介绍,洪特定则大致是说电子在原子外的能量摆放遵照如下次序:

总自旋S越大,能量越低;

S持平的情况下,总轨道角动量L越大,能量越低;

在S和L都持平的情况下,关于未满半壳层或刚好半满的壳层,总角动量J越小能量越低;不然,J越大能量越低。

对了,这个规矩在电子的轨道角动量与自旋角动量遵照LS耦合时建立。与LS耦合相对应的还有JJ 耦合方法。

我想说,要背下这三条规矩,以当时的我的智商大约能抵挡,可我就想了解凭什么会有这样的规矩啊?这个书里没有解说,教师也回绝解说。呃,那个LS耦合和JJ耦合也让我感到困惑。怎样这个原子里的电子的角动量遵照LS耦合而另一个原子里便是JJ耦合呢?有两种天壤之别的角动量耦合方法,但是元素周期表里不同元素的原子是依照原子序数 (原子核内质子数,也是核外电子数)摆放的, LS耦合和JJ耦合之间有什么清晰的界限吗?没有啊。我现在都清楚地记住挨近期末考试时我心里的惊骇。我不了解啊,这些都是啥啊?我有必要供认,我那时分没有去找其它中文参考书 (有吗?) 的自觉,也没有看西文教科书的自觉。国际上较盛行的Hermann Haken 的Physics of atoms and quanta 或许德文版的Atom-und Quantenphysik我是多年今后才见到的,并且我觉得这本经典好像也不是很令人满意。

除此之外,当我学习洪特定则时,洪特是谁,他是干啥的,为啥以及是怎样得到的这个成果,我可不关怀。那时分,对我来说,洪特就和书里呈现的牛顿、法拉第、库伦、奥斯特等等相同,便是一个奇怪的外国姓名罢了。多年今后,我了解了,原子物理里的规矩多是对调查的经验总结,有些后来被开展成了理论,比方光谱的二值问题后来得出了泡利矩阵,它和SU(2)群的李代数有关,能够用于同位旋的表明。这样的东西好承受,由于你若要结构迹为零的2×2反厄密矩阵,泡利矩阵便是必定的成果。更多的规矩就仅仅个经验总结罢了,没什么道理,比方这个洪特定则。大学毕业后的某一年,当我知道洪特1925年提出的这个定则便是个经验总结,并没有保证其正确性的理论根底,当当时也,我心里是五味杂陈。物理定则,是能够恶作剧的吗?

其实,洪特定则是说,多电子原子的电子构型是让2S+1尽或许大,但是理由呢?早年认为多重性大时处于不同轨道上的电子之均匀间隔较大,故而能量低。现在的量子力学核算则认为更多的未配对电子更简单挨近原子核。这两个理由但是不一致,后者真不是前者的改善。2004年,一种称为5-dehydro-m-xylylene 的有机分子被组成,在这种分子中洪特定则就显着不建立。至此,我心里算是放下了这个洪特定则。几年曾经的我长大了,我知道根据调查总结的规矩是一种描绘,不具有真实理论的刚性。

洪特规矩的事儿,除了在1984~1985学期期末考试降临前和1986-1987考研季让我有点惊骇以外,倒也没再烦我:“不便是想读个物理博士当个物理教授嘛,哪至于拿学识确实。”后来,我也没教过原子物理,也没做过光谱学研讨,偶然在哪本书里再见到洪特定则或许Hund’s rule的字样,我也是一扫而过。说真的,我真弄不了解有些人为什么见了洪特定则不感到可疑。

管它呢。洪特, Hund’s rule,byebye 您呐!

但是,但是,我没想到的是,有一天,恰是这位到那时我还一窍不通的洪特教授瞬间深入地影响了我。

1997年4月1日正午,德国西部小镇Kaiserslautern,大学物理楼,我像平常相同走向电梯,下班。不过,今日有点儿特别。电梯口贴着一张讣告,上写 “咱们敬重的Friedrich Hund 教授不幸于日前逝世,享年101岁……洪特教授以洪特规矩而闻名于世……” (粗心) 。我清楚记住那一刻我的心理活动:“天哪,我原子物理课上学到的洪特定则里的那个洪特,这些年一向活着,还就在离我现在上学的校园不远的当地?”第一次,我感觉到为咱们发明物理学的那些神相同的人物居然能够是活的,能够是邻村的大爷。这太鼓舞人心了。本来,物理学的发明是能够离咱们普通人那么近的。大约是从那时刻起,我决定当一个好学生。人家辛辛苦苦给咱们发明了那么美好的物理,咱就抽暇学学还不仔细点儿?

洪特 (Friedrich Hund, 1896.02.04-1997.03.31),生于德国西南部的Kahrsruhe (该镇子西边隔二里路远是法国的Strassbourg。这两个小镇子为国际贡献了多少物理和数学,或许需求会科学的科学史家去专门仔细研讨。那个1923年给中国人带来热温商 (即熵), Entropie,概念的Rudolf Plank,便是Kahrsruhe大学的教授),他是玻恩教授的帮手之一 (其他的有约当、海森堡、泡利等),29岁时拿到哥廷恩大学私俸讲师的方位,31岁在Rostock大学当教授,这以后在莱比锡、法兰克福、哥廷恩、美国的哈佛等大学任教。洪特规矩实际上是Hund’s rule of maximum multiplicity (洪特最大多重性定则。你看,中文教科书连姓名都懒得写对),而现在更显重要的一个概念,quantum tunneling (量子隧穿),是他1926年提出来的,却很少有人着重这一点。

图1. 洪特,1920年代摄于哥廷恩

洪特教授是个合格的教授,一生成果与著作皆丰。在1996年洪特教授100岁寿诞之际,德国Spektrum 杂志社出书了他的 Geschichte der physikalischen Begriffe (物理概念的前史) 一书以示敬重。看着这本书,这个人,会想到他自己便是近代物理的一部活前史。一个人,能跨过一个世纪之长,把自己活成前史,仅这一点就够让人充溢敬意的了。

图2. 洪特《物理学概念史》的百岁贺寿版

我自己一向学物理,但一向不得其门而入。我常常反思我所遭到的教育,总是觉得假如咱们,你和我,假如咱们生长的时分身边的父老乡亲里面有个把儿科学巨头,咱们的学习成绩是不是多少会好一点儿。咱们上初中学一元二次方程的时分,是不是应该把预解式-对称函数-置换群-替换群-最大正规子群组成列-伽罗华理论啥的捎带着在升高中前就学了?又或许,当咱们手端热饭碗把它打碎了的时分,假如爸爸妈妈能在骂完咱们捎带着解说一下热传导方程,并告知咱们热传导方程便是一类分散方程且假如你把一侧的系数由实数改成虚数把待求函数从实函数拓宽成复函数那便是量子力学的薛定谔方程如此,你是不是就不会被半吊子科学家用量子力学是一场科学革新的外行噱头给吓唬到了?愚认为,少年儿童上学时,才智几个科学巨头仍是很有必要的。

举几个比如。卡诺 (Sadi Carnot) 是热力学创始人,为啥呢?你看看他爸爸Lazare Carnot是什么样的数学和物理教授。Lazare 1803年的论文Principes fondamentaux de l'équilibre et du mouvement是首个对工程力学的理论剖析,接着又to analyze the movement of energy from one part of the system to another。嗯,你了解Sadi Carnot有什么样的根底了吧。将老卡诺的这篇文章同卡诺1824年奠立热力学的经典相比较,思维传承的径迹一望而知。杨振宁先生1954年拓宽标准场论的作业

这样的拉格朗日量可不是谁都会随意结构的呃},这同他有个留美的数学教授父亲因此数学功底极好大有联系。再说一个更离谱的,David Hestenes是我崇拜的教授,他在用数学的言语,主要是是几许代数,重写整个物理学。他的了解和表述总是那么明澈。David的爸爸Magnus Hestenes是UCLA的数学教授, 善于变分法,是核算机科学的开拓者之一。少年David放学去爸爸的办公室,总会穿过物理系的大楼。有一天,15岁的儿子跟数学教授爸爸说:“我打物理楼的楼道通过的时分,看了几篇理论物理教授挂在外边的论文,发现他们太不谨慎了。” 数学教授Magnus Hestenes教导儿子道: “嗨,你对理论物理教授要求那么高干嘛啊。” 听说少年的David Hestenes暗暗下定决心,要把理论物理改造得谨慎一点儿。And,later,尽管学医、学文又从戎,David 最终仍是投入了数学物理,公然其数理成就让笔者佩服得五体投地。

行文至此,我有几点慨叹。有好的爸爸妈妈、好的乡亲们、好的教师和洽的环境,不是一个人成材的充分条件,对某些人来说或许都不是必要条件,但这些是有利条件啊。学习的环境里,要有大神级的乡亲们,这是我早年没意识到的。娃啊,乖哈,想学习,到有学识的当地去,到有学识的人身边去。看看那教师,你要是觉得他没学识,那他必定便是没学识。回身,走。

最终一点,不论咱们学习的条件有多么不胜,不论现在要学的东西是多么地多、多么地难,咱们都要好好学习啊。后来者要逾越早年的前辈,这是前史赋予的职责。

撰文|曹则贤

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