寫了最多教科書的
一流數學學家
施郁
在第一流的數學學屋內,溫伯格應當是寫了最多教科書的人。朗道有10卷的數學學教程,但實際上是栗夫希茲等人幫他寫的,甚至有兩卷在朗道逝世十幾年后才出版。費曼也有好幾本書,并且是他人按照他的授課整理的。
溫伯格的書完全是他自己孤身寫的,并且覆蓋好多不同領域——
溫伯格說:“當我想學某個課目的時侯,都會自告奮力地教一門課。”[10]教過一次或幾次后,他就出書。溫伯格的教科書也可稱著作,由于是根據他自己梳理的體系展開的。我認為,溫伯格教學和寫書,很大程度上是對化學學各個基礎課目,根據自己的理解進行梳理,也可以說,梳理自己的理解。
諸如《引力論和宇宙論》就始于他想學習這個領域,于是講授這門課。他看不懂羅伯遜-沃克度規的原始證明,就自己作出了一個證明,置于書中。所以他的每本書中不乏原創的內容。但是好多內容也與他的研究密切相關。教學、寫書過程有時也引起有關課題的研究論文,例如2011年以來他有幾篇量子熱學論文,2019年他有一篇天體化學的論文。
《引力學和宇宙學》丨圖源網路
他的科普話題,例如對稱性、自發對稱破缺、基本粒子、弱互相作用、強互相作用、標準模型、統一理論、宇宙、量子熱學,常常也與他的研究密切相關。這大約也是他書和科普文章多的誘因之一。
科普有時也迸發科研。1973年,他應邀對斯坦福大專生做個科普講演物理學史物理科學家的例子,準備講宇宙學,于是讀了和Linde的一篇論文,發覺沒有解決問題,于是自己寫了關于低溫量子場論的論文。我想,他的科普也對他梳理自己的科學思想發揮了作用。
《引力論和宇宙論》1961年開始寫,1971年出版。寫作目的一部份是為了突出他的非幾何的觀點。作為粒子化學學家,溫伯格不喜歡引力專家中流行的幾何觀點,而覺得化學的觀點更有利于量子引力理論的構建,例如他覺得只有有了等效原理,能夠存在無質量、自旋為2的引力量子。40年過去了,引力和量子引力理論都有了好多進展,并且溫伯格在《天體化學課件》中表示,他不想再寫一本,說明他對廣義相對論的數學觀點沒有改變。并且他也表示,對于《引力論和宇宙論》中沒有覆蓋的課題,《天體化學課件》相當于是個更新。
作為量子場論大師所寫的《量子場論》3卷分別出版于1995,1996和2000年,給了量子場論一個十分普遍和全面的介紹,目的是說明為何量子場論是目前這個方式,為何這個方式取得成功。他的觀點(也就是此書的出發點)是,這是量子熱學與狹義相對論的惟一自洽結合。這與他的有效場論的思想(任何相對論性的量子理論在低能下就是量子場論)一致。
《量子場論》丨圖源網路
量子場論是描寫基本粒子的理論技巧,量子電動熱學、楊-米爾斯理論、電弱理論、量子色動力學、弱互相作用和強互相作用的其他理論等等都是量子場論。在量子場論中,粒子是場的迸發,例如電子是電子場的迸發,光子是電磁場(一種規范場)的迸發,規范粒子是規范場的迸發,這么等等。
1999年,完成3卷《量子場論》后物理學史物理科學家的例子,溫伯格開始了解蓬勃發展的宇宙學的細節,非常是此前20年中的理論進展。他發覺,綜述文章經常直接引用公式而不給出推論,甚至沒有參考文獻,甚至公式有錯,而原始文獻中的推論也時有各類問題。為此他發覺,最容易的方式是自己重新將理論做下來。結果就是2008年出版的《宇宙學》一書。
《宇宙學》丨圖源網路
2013年出版的《量子熱學課件》強調對稱性原理,也包含一些新的課題,例如粒子化學的事例、量子熱學的各類展現、量子糾纏與量子估算。2015年出了第二版,降低了一些內容,更正了一些錯誤。
《量子熱學課件》丨圖源網路
溫伯格覺得須要研究較早的科學史的時侯,講了幾次科學史課。這引起2015年出版的《解釋世界:發覺近代科學》,主要覆蓋從古埃及到牛頓熱學的成立,也就是科學史上所說的近代科學的開端。此書與一般的科學史專著不同,充分彰顯了活躍在當代科學前沿的科學家不吝用當代科學的眼光考量科學史,將多被非議的輝格論爭在科學史領域弘揚中信。我很有共鳴,由于這樣就能評判發覺近代科學這個理解世界的方式是多么困難,但是科學不是社會建構或則民主補選,科學是對客觀世界的解釋,科學中有正確與錯誤之分。
《解釋世界:發覺近代科學》丨圖源網路
2020年出版的《天體化學課件》主要是針對天體化學中比較傳統的內容(星體、星系、星際物質等等),用解析估算處理,包含好多奇特的內容,非常是其他書上沒有的公式。值得注意的是,此書介紹了近些年來很引人注目的引力波及其偵測。
《天體化學課件》丨圖源網路
2021年出版的《近代化學基礎》比同類書覆蓋了更多的原子核化學和量子場論,但是更多地指出數學學史。
《近代數學基礎》丨圖源網路
可惜還沒寫統計熱學,否則恐怕他會涉及對還原論和層展論的討論。
參考文獻
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