Sunday, June 29, 2014

ab01 从一束电子产生出来的两个电子束之间的干涉,将不能由它们所穿过的电场和磁场来唯一地描述——两个电子束之间的场也会产生作用。但是,如果用电磁势来描述该场的话,描述将是局域的——两点之间的势差隐含了两点之间的电磁场

“石溪忆旧——杨振宁的学生回忆杨振宁
二 杨氏金字塔里遗忘的珠宝
虽然想起了特里曼的警告,我还是冒险给出了自己的回答:“维格纳教授,这是因为阿哈罗诺夫-玻姆效应(Aharonov-Bohm effect)。”[⑨]他突然直起腰,给了我一个九十度的鞠躬,“谢谢你,你今天给我上了一课。”说完他就离开了。我不十分清楚怎样具体地将A-B效应和维格纳的问题联系起来,在开会期间我们也再没讨论过这个问题。使我大吃一惊的是,在维格纳为大会作总结性发言时,他因为我提醒他阿哈罗诺夫-玻姆效应而向我表示感谢。的确,就那个问题,他想得比我多。当我回到布鲁克海文时,我把这一插曲说给了毛里斯·高德哈伯(Maurice Goldhaber)博士听,毛里斯说,“维格纳不会在文章中向你书面表示感谢的。”我没有问毛里斯为什么这么说。到很久之后的1983年,会议论文集寄到了我手中,我像对待以往的会议论文集一样,看也没看就把它放到了书架上。过了些时日之后,我忽然想到了毛里斯的评论。出于好奇,我打开由A. Zichichi 主编、Plenum Press 出版的1980年意大利埃利斯国际亚核物理国际学校论文集《高能物理极限》。我找到了!维格纳在书面文稿中也对我表示了感谢!在论文集1065-1073页上维格纳的总结性发言稿中,他关于电磁学的一段阐述非常有洞察力,我想把它引用在这里:
“让我回顾一下我过去对电磁学的认识。当我得知要用规范量电磁势来描述电磁场时,我很不喜欢。规范量不能测量,因而不具有‘实在性’。你可以将电磁势增加任意一个梯度,而不会改变它的效应。这表明至少在经典理论中,电磁势不是一个可观测量,而在量子理论中也同样如此。因为我不喜欢规范理论,而乔博士好心地提醒我注意阿哈罗诺夫和玻姆的文章,那篇文章显示了规范概念的用处。它证明,如果用规范场来描述电磁场,那么场对穿越其中的带电粒子的作用将是局域的,而如果用电磁场,即电场和磁场,来描述,那么局域的描述就不再可能。这时,从一束电子产生出来的两个电子束之间的干涉,将不能由它们所穿过的电场和磁场来唯一地描述——两个电子束之间的场也会产生作用。但是,如果用电磁势来描述该场的话,描述将是局域的——两点之间的势差隐含了两点之间的电磁场。因此在量子力学中,须在一个可观测的非局域作用和一个不可观测的局域描述之间做出选择。经验表明,第二种描述更简单,因而采用它是合乎情理的。人们也已经这样做了。”
2002年,也就是今年,是维格纳诞辰100周年。在纪念维格纳的这一特殊时候,我要感谢维格纳的好心,感谢他给了我如此珍贵的体验。
虽然维格纳非常富有洞察力,但他显然没有读过或者想到杨在1974年所写的一篇论文,“规范场的可积形式”(Phys. Rev. Lett. 33 (1974) 445-447),杨在该文中阐述和强调了什么是描述局域规范理论的基本量——不是场,也不是规范势,而是不可积相因子,后者体现了电磁学中的阿哈罗诺夫-玻姆效应。
在1970年代后期,通过研讨会和谈话,我从杨的研究所中了解了阿哈罗诺夫-玻姆效应及其重要性。我显然知道自己可以回答维格纳的问题。但是,不仅我在学生时代没有涉及过阿哈罗诺夫-玻姆效应,即便是现在的研究生们,也大都没有学过它。多数量子力学和电磁学教科书都没有提到这一效应。我牢牢地记住了从杨和杨的研究所里学到的这些知识,而且在我讲授量子力学和数学物理时,我总是把这一效应介绍给学生。(我还将讲授一门有关电磁学的课程,到时我也会在课程中讲到它。)它如此地简单、优美,学生理解它不成问题,而且它也正如杨所强调的那样,非常重要。“

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