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Q&A:R.Shankar教授談凝聚態物理學的美

耶魯大學的R.Shankar教授在粒子物理和凝聚態物理做出的貢獻使他在同行中頗負盛名。然而,世界各地的學生都是從他在YouTube上免費獲得的開放耶魯講座中認識他的,在那裡,這位精力充沛的理論物理學家以清晰和幽默的方式將從牛頓運動定律到量子力學的概念進行了分解。「有史以來最好的物理教授,他讓你愛上了物理學。」講座視頻下面的一條評論這樣說道。

Shankar也把他的教學天賦帶到了教科書領域。在他的新書《量子場論與凝聚態:導言》中,他向研究生們介紹了他的研究領域。在美國的「今日物理」雜誌上,有人這樣評價他的新書:「他的最新作品再次清晰的展現出了他的教學天賦,這本書將是許多物理學研究生課程的一個受歡迎的補充。」

我:你的職業生涯開始於量子場理論在粒子物理中的應用。你為什麼要進入凝聚態?

Shankar:有兩個原因。一是這兩門學科的交界處存在著一些問題。我在場論中研究過的一個問題與統計力學的一個問題有關,但是在這之前我並不知道兩者之間有關聯。直到普林斯頓大學的理論物理學家亞歷山大·波利亞科夫(AlexanderPolyakov)訪問耶魯時,他說:「這些問題是相互關聯的。」之後我找出了它們之間的聯繫,遵循了它的統計力學部分,發現它是如此的美麗,以至於我停止了粒子物理學,慢慢地進入了那個領域。

我還發現,與粒子物理學相比,有許多工具在凝聚態中有更多的應用,因為對你所能做的問題的限制較少。當你想研究描述我們生活的世界的量子場論時,它必須有三個空間維度和一個時間,它必須滿足愛因斯坦的相對論,它還必須有一個被稱為重整化的屬性,只有全部滿足這些條件時,你進行計算才不會得到瘋狂的無線的答案。但是很少有理論能同時滿足這些條件。

但是,如果你進入凝聚態物理,你可以在三個空間維度,或者兩個,或者一個,甚至一個量子點上工作,這基本上是零的空間維度。凝聚態物理的理論不一定要滿足相對論。為了好玩而學習的許多技巧實際上成為了真正的工具。

我:告訴我們你寫《量子場論與凝聚態:導言》的經歷。據我所知,這是十多年前的事情了。

Shankar:我已經記不清這到底是多少年了,我只能說如果這本書是我的孩子的話,那麼現在它已經在上大學了。這本書很難寫,因此我先選擇從簡單的書開始寫起,那是一些介紹性的書籍,且基於我在耶魯大學的講座。這些書相對比較簡單,因為我有教學經驗。在寫完這些書之後,我又回到了《量子場論與凝聚態:導言》這本書,我深深地吸了一口氣,花了一年的時間把它寫完。

《量子場論與凝聚態:導言》更難,因為它是更高級的材料。你不能把自己所在一個房間里,然後靠著記憶推導出所有方程。你必須去圖書館查閱文獻並引用正確的文章。更重要的是你必須正確的把握住歷史方向,因為許多公式的創始人還活著,你必須謹慎的把對每個公式的貢獻歸功於正確的人。

我:你提到了你為耶魯公開課網站上的在線物理基礎課程編寫的兩本教科書。你是如何參與耶魯大學開放計劃的?

Shankar:大約在2007年,耶魯大學開始了這個項目,記錄一些精選的入門課程,大部分是人文學科,也許還有一兩門科學課程。他們會派一個視頻攝製組把所有的問題,所有的錯誤,所有的東西都錄下來,然後把它放到網上,讓任何想要的人都可以免費進入。彼特·薩洛維,當時是院長,他說:「你介意我們錄下你的講座嗎?」我說:「我沒有遇到過我不喜歡的相機!」然後他們認為第一部分非常好,所以他們讓我回去教第二部分。

我:為什麼你決定自己寫課本來配合在線課程?

Shankar:黑板教學是很好的,但是在一本書中,所有的方程式都是用一個很好的腳本排版的,所有的推導都是以它們的最後完美的形式給出的。我的目標是寫一本不那麼貴的書,因為教科書的價格已經變成了天文數字。我試著讓製作儘可能簡單,這使價格保持在25美元以下。

我:你現在在做什麼呢?

Shankar:當我寫《物理的基本原理》時,我沒有往裡面加入很多練習題,我認為這是降低價格的一種方法,而且開放的耶魯大學網站裡面就有練習題,任何人都可以看到。大師我發現大多數老師似乎都想要更多的練習題,而且練習題的難度越來越大。在下一版中,結尾可能會有50或60頁為這兩本書量身定做的習題。

我:你最近在閱讀什麼?

Shankar:我剛從尼爾斯波爾研究所回來,在那裡我看到了他們的檔案。他們問我是否想看海森堡、玻爾和愛因斯坦之間的原始通信,我說:「我肯定想看!」科學史對我來說很有趣,因為它有太多的教訓。你意識到很多發現都不是以直接的方式完成的,有很多是從錯誤開始的。很多時候,那些做出貢獻的人在他們的有生之年都沒有得到承認。所以,如果你覺得你的工作沒有得到足夠的讚揚,你可以回顧歷史,找出比你更被忽視的人,你就會覺得自己是多麼幸運了。

其餘的時間,我喜歡閱讀幽默的東西,如沃德豪斯的作品。我想讓我的家人加入進來,我認為在英聯邦或印度長大的人對沃德豪斯的寫作風格更感興趣。


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