矩阵力学的构造见于著名的海森堡约当矩阵力学三部曲(1925),和狄拉克的一篇论文(1925)。玻恩与约当1930年合著的Elementare Quantenmechanik(基础量子力学)对矩阵力学作了详细的阐述。矩阵力学源起理解原子谱线强度的努力,关键是对频率求和规则借助类比方法进行量子的改造。\n\n本系列旨在介绍量子理论具体创立过程,实现这一目的的方法是对创始者所发表论文进行解读与引用。
当然,由于篇幅有限以及笔者能力所限,我们引用的是片面的,解读也是片面的,还会包含一些错误。本系列将尽可能提供原文、译文出处,建议阅读适当参考文献作为补充,以形成自己的判断。在引述或转述部分,笔者添加的话会用{}括上,以免被误解为原作者意思。英文引句一般不作翻译。
本篇解读关于量子理论中的矩阵形式。
有趣的是,一般教材甚至都不提及到过多关于它,而偏偏这才反映出其出现必然性,也是其精髓所在:AB≠BA;[q,p]=iℏ1;以及波动理论中使用到p=-iℏ∂/∂x,这些都是由此得出的结果。然而,确实很难懂,就连温伯格这样的物理巨擘也觉得难以理解。在《Dreams of a Final Theory》一书中,他写道:“如果读者对于海森堡从赫尔戈兰返回后做了什么感到困惑,那他并不是孤单。
我曾试图几次阅读海森堡在回程时写下来的那篇文章,并且虽然我认为我了解了量子机制,但却从未明白他的数学步骤背后的动机。”这倒也道出了问题根源,从“the paper that Heisenberg wrote on returning from Helgoland”显然无法弄懂。
温伯格承认自己不能理解海森堡论文本身那些数学步骤,这可能与他没有关注人们如何去理解原子的谱线宽度及锐利特征有关。这些应该是在教科书内容里讨论的问题,自然而言,在这些教科书里同样没有涉及。
实际上,在慕尼黑大学学习期间, 海森堡就跟随索末菲研究光谱宽度和锐利程度的问题,如相关文献:[1] Arnold Sommerfeld, Werner Heisenberg, Bemerkungen über relativische Röntgendubletts und Linienschärfe (关于相对论性伦琴双线以及光谱明锐度说明),Zeitschrift für Physik 10,393(1922);[2] Arnold Sommerfeld, Werner Heisenberg, Die Intensität der Mehrfachlinien und ihre Zeeman-Komponenten (多重光谱强度及其塞曼分布),Zeitschrift für Physik 11 ,131(1922)。
观察后思考,会发现光谱有如下特征需要表征,包括位置、强度、宽广程度,以及响应外加电磁场等毫无疑问地说来这是一个重要问题,是早期工作的重要延续。而且值得注意的是,对于氢模型来说,其能级结构已经足够复杂,因此要想深入探讨,需要更高阶项公式推导来源清晰可靠的信息,这是目前尚未找到确切出处的信息。这种情况下,加速电荷辐射问题成为一个核心议题,也就是如何表示加速电荷辐射产生高阶项公式的问题。