20世纪物理学的伟大成就,量子力学理论,现在已经近40岁了。我们到现在一般还一直在物理学课程中给我们的学生安排物理学引论的课程(对有些学生来说还是最后的物理课)。对我们物理世界知识的这一中心部分充其量只是简单地提一提。我们应当比这做得更好一些。我的意图是在这些讲课中希望以学生能理解的方式提供给他们量子力学的基本的和最重要的概念。你们将发现这里的方法是新型的,特别是对二年级学生课程的水平来说是新的,并且我们更多地是把它当作一次实验。然而,在看到一些学生是如何容易地接受它以后,我相信实验是成功的。当然,还有需要改进的地方,这将在有更多的课堂经验以后会得到。你们在这里看到的是这第一次实验的记录。
从1961年9月到1963年5月在加州理工学院作为物理学引论课程,连续两年的费恩曼物理教程中,正当需要靠它来理解所描写的现象的时候,量子物理学的概念就被引入了。此外,第二学年的最后12讲全部用来更有条理地介绍一些量子力学概念。然而,在讲座接近结束的时候,才搞清楚已没有足够的时间留给量子力学了。在准备材料的时候,不断地发现其他一些重要和有兴趣的题目可以用已经发展的基本工具来处理。也担心第12章中薛定谔函数的过分简单的处理不能为学生在可能会去研读的许多书籍中更加传统的处理方法间架起足够的桥梁。因此决定扩展另外一组7次讲座;他们是在1964年5月给二年级学生讲的。这些讲演进一步解释并扩展了在前几章中已有的某些材料。
在这一卷中,我们将两年中的演讲汇集在一起,并将次序作了一些调整。此外,原来是给一年级讲的两次介绍量子物理学的演讲全部从第1卷中(在那里是第37和38章)移过来放在本卷中作为第1、2章——使这一卷成为独立的单位,相对独立于前面两卷。几个关于角动量量子化的概念(包括施特恩-格拉赫实验的讨论)已经在第2卷的第34和35章中介绍过了,我们假定对它们已经熟悉了;〔为那些手头没有第2卷的读者的方便起见,这两章重印在本卷中作为附录。〕
这一系列讲座从一开始就试图阐明量子力学的最基本、最普遍的特征。第一次讲课一上来就讨论概率振幅、振幅干涉、状态的抽象符号、叠加以及状态的分解等概念——并且从一开始就使用狄拉克符号。在每一情况中,概念是和对某些特定例子详细讨论一同引进的——为使物理概念尽可能地实在。接着讨论包括确定能量状态在内的状态对时间的依赖,这些概念立即被应用于研究双态系统。氨微波激射器的详细讨论提供了引进辐射吸收及感应跃迁的框架。讲演接着进一步考虑更复杂的系统,直到讨论电子在晶体中的传播,以及对更复杂的角动量的量子力学处理。我们对量子力学的介绍在第20章中讨论到薛定谔波函数、它的微分方程以及对氢原子的解为结束。
这一卷的最后一章并不打算作为“课程”的一部分。它是关于超导的“专题讨论”,是按照前两卷中某些兴趣性的讲演的精神作的,期望给学生开启有关他们正在学习的内容与普遍物理文化的关系的宽阔视野。费恩曼的“结束语”是这3卷书的句号。
正如在第1卷前言中所说的,这些演讲是在物理课程修订委员会[莱顿、内尔(V.Neher)和桑兹]指导下,加利福尼亚理工学院所做的发展新的引论课程计划的一个方面。在福特基金会的资助下计划得以进行。许多人帮助准备了这一卷的技术细节:克雷顿(M.Clayton)、库乔(J.Curcio)、哈特尔(J.Hartle)、哈尔维(T.Harvey)、伊斯雷尔(M.Israel)、普里乌斯(P.Preuss)、沃伦(F.Warren)和齐莫曼(B.Zimmerman)、诺伊格鲍尔(G.Neugebauer)教授和威尔兹(C.Wilts)仔细审阅了大部分手稿,使材料更加准确和清楚。
不过,你将在这里发现的量子力学故事是属于费恩曼的。如果我们只要能够给其他人带来一些智力的激动,这是当我们领会到在他的现实的物理学讲座中展开的思想时所体验到的,我们的劳动就没有白费。
M.桑兹
1964年12月