日出：量子力学与相对论9787302339472

　　推荐序（赵峥）
　　本书是轩中学子继《相对论通俗演义》之后的又一力作。轩中从中学时代起就是一位对文学和科学都充满兴趣，而且有志于创造的青年。他先受张爱玲、徐志摩等人作品的影响而关注文学，后又受康德、爱因斯坦、杨振宁等人的影响转而关注科学，最终选择了物理专业，进入北京师范大学物理系学习，加入该校的相对论小组深造。这个小组是全国最有影响力的相对论研究团队之一。在刘辽教授和梁灿彬教授的领导下，为年青人打下较为深厚的物理基础和数学基础，并引导他们走向引力理论、时空理论、宇宙学和黑洞物理的研究前沿。
　　轩中深受梁灿彬教授的影响，对理论物理和微分几何充满兴趣，并在马永革教授的指导下完成了硕士论文。在本科和研究生阶段，轩中博览群书，把自己的视野从相对论扩展到量子论及物理学史等领域。
　　轩中最值得注意的优点是始终想做事情，不想虚度此生。在各种尝试之后，他终于摸索到了适合自己的创造领域，即选择科学和文学的结合部，把掌握的物理学前沿知识与自己的写作能力结合起来，以既科学又文学的方式把爱因斯坦、霍金等近代学者研究的前沿知识及成功者的创新之路介绍给广大青年。
　　我怀着欣喜的心情读完了本书的电子稿，大有后生可畏又可爱的感觉。这本书和几年前发表的《相对论通俗演义》一样，既保证了科学内容的正确，历史梗概的真实，又带有适当的文学色彩，而且使用的是年青人熟悉喜爱的语言，可读性很强。《相对论通俗演义》一书不但受到了青年读者的喜爱，也受到了许多理论物理专家的好评，相信这本书同样会得到较高的评价。
　　我们中华民族是一个伟大的民族，从春秋战国到明朝中叶，站在人类文明的前列差不多2000年，只是在近代落后了，而且挨打了。经过全国人民的流血奋斗，今天的中国终于又站起来了，经济得到了飞速的发展，中华民族再次奔向人类文明的最前列。在目前经济危机的阴影笼罩全球的情况下，中国是最有活力，最充满希望的国家，全世界人民都在注意正在重新崛起的中华民族，对于当代中国青年来说，真是任重而道远。
　　小平同志说，“科学技术是第一生产力”。中国经济的可持续发展依赖于科技创新和教育的普及提高。几十年来，中国的教育取得了长足进展，不仅基本普及了中、小学教育，而且大学生能占到同龄人的三分之一，这是震撼世界的成就，是中国可持续发展的强大动力之一。
　　我们的教育质量，从知识水平和计算能力来说是不低的，但也有严重缺陷，这就是中国学生的创新动力和创新能力都不足。
　　应该使年青人明白，500年的自然科学史表明, 青年是科学发现的主力军。伽利略25岁被誉为“当代的阿基米德”。牛顿23-25 岁期间完成了他一生最重要的科学发现。莱布尼兹27岁发明微积分, 伽罗华20岁创造了群论。赫姆霍兹26岁、迈耶28岁时提出了热力学第一定律。克劳修斯26岁时提出了热力学第二定律。开尔文24岁提出绝对温标, 并预见到热力学第三定律的存在。麦克斯韦25岁对电磁理论作出重大改进, 34岁建立起著名的电磁方程组。爱因斯坦26岁发表狭义相对论, 提出光子说, 36岁又发表广义相对论。历史上重大的科学发现, 大都是年青人做出的。他们虽然知识不如老年人丰富, 但很少保守思想, 最具创新精神。
　　社会科学和文艺创作与自然科学不完全相同。贝多芬在47岁的时候说:“现在, 我知道如何搞创作了”。而且他在47岁之后的作品, 确实比以前的作品更为出色。贝多芬和莎士比亚一样, 都是在晚年才达到自己艺术创作的顶峰的。
　　然而, 不管是贝多芬、莎士比亚还是其它杰出的文学艺术家和社会科学家，都不是40岁以后才开始建功立业的。他们中的大多数，在30岁之前就已锋芒毕露, 显现出耀眼的才华。莎士比亚写作《亨利四世》时只有28岁，发表《仲夏夜之梦》和《哈姆雷特》时也才36－37岁。贝多芬在30岁之前就已创作出优秀的作品，31岁时完成著名的《第一交响曲》, 40岁出头完成8首交响曲和50多部其它作品。莫扎特是有名的神童。歌德25岁发表《少年维特之烦恼》，席勒21岁完成剧本《强盗》, 24岁发表《阴谋与爱情》，雪莱21岁发表长诗《麦布女王》，狄更斯24岁完成《匹克威克外传》。泰戈尔15岁开始写剧本, 普希金30岁之前完成了他一生中主要的诗歌创作。马克思30岁、恩格斯28岁时发表《共产党宣言》, 毛泽东26岁主编《湘江评论》。亚历山大30岁左右就横扫南欧、北非和西亚, 建立起横跨三洲的大帝国。诸葛亮27岁发表《隆中对》，提出三分天下的战略方针。打赢赤壁之战时, 周瑜34岁, 诸葛亮才28岁。
　　翻开历史的长卷，我们看到“自古英雄出少年”。青年人应该有志气、有抱负，完全不应在权威面前有自卑心理。应该象牛顿那样, 努力站在巨人的肩上, 让青春发出光辉。
　　青春的光辉, 主要产生于勤奋而不是天才。爱因斯坦曾经说过：“在天才和勤奋之间, 我毫不迟疑地选择勤奋。它几乎是世界上一切成就的催生婆”。《聊斋志异》的作者蒲松龄曾用下面的对联自勉自警：
　　有志者，事竟成，破釜沉舟，百二秦关终属楚；
　　苦心人，天不负，卧薪尝胆，三千越甲可吞吴。
　　清代诗人赵翼也在诗中写道：
　　江山代有才人出，各领风骚数百年。
　　轩中的这本《量子力学与相对论遗情书》列举了大量科学发展的曲折经历，对增强读者的创新欲望，提高读者的创新能力，大有裨益。而且在这方面，轩中本人就做出了榜样，他像射门意识极强的足球运动员，总想把球踢进球门一样，极想做一些创新工作。由于不断地拼搏努力，他在 26岁的时候就完成了《相对论通俗演义》一书。今年正当轩中的而立之年，他又呈现给读者这本优秀的作品。
　　我应轩中之邀，不揣冒昧给他的新书作序，好在他的书确实是本好书。
　　与文章有关及一些杂七杂八：廿三年（作者自序）
　　张爱玲有一本小说,《十八春》，是十八年的意思，又叫《半生缘》。这个小说写得很好，我只看过她的这部小说，看完以后觉得我自己不应该写小说。因为，张爱玲郁达夫他们写得很熟，算是看透了人间。那我只能干别的事情，绕开他们。于是选了二十年的野路，去做别的学问。
　　我小的时候，看康德的《宇宙发展史概论》，大为吃惊，原来每个在地球上的人原始的来历居然是星云气体和尘埃。这样的感觉使得我觉得研究宇宙是一门好的学问。当时我大概只有十来岁，又看了少数能见到的科普书，现在基本是没有大记忆，但当时已经知道相对论与量子力学这两件事情。初中时候评优秀的学生，我写的自述里赫然有这样的语句：“自学量子力学与爱因斯坦的广义相对论。”这样的语言在现在看来是让自己头大如斗的，但初中时代的我突然一下子脑子里充满了问号。
　　后来我看了一些书，杨振宁的传记是我高中时代买的一本好书，我读了好几遍，初步地懂得规范场论这个新鲜名词。当时的感觉是，微分几何是重要的，因为杨振宁在赞美Chern的示性类的时候有一句诗歌：欧高黎嘉陈。陈省身的名字也开始被我关注起来。
　　我上初中的时候，思想是玩世不恭的，性格算非常内向。在学校里我书读得很好，相当自由，但一离开学校我基本不爱说话。我的脑子琢磨了大量物理知识，比如动量守恒与火箭。当时是满头雾水。相当幸运的是一天舅舅送给我一本解析几何与微积分的习题集，我几乎在瞬间学会了微积分，微积分具有相当的形式美。后来我的初中同学告诉我说，初中时候有一题目数学老师做不出来，我上去用微积分给解答了。
　　相当长的时间内研究微积分，虽然我并不关心极限。我很早就知道为什么球面的面积是那样算的，是积分积出来的。
　　当时我对数学很痴迷，我的叔叔有几本大学数学的教材已经落满尘埃，我找出来读了，苏联的翻译本也有，繁体字看不懂，但我开始关心一个问题，那就是最速降线。这个实际上就是变分。
　　我在初中的时候读到的书不多，读过《形形式式的曲线》，是很启发人的一本书。看了以后想到一些问题，比如如何画椭圆，如何计算椭圆面积。
　　总的说来，初中时代使得我更多地关心起数学与物理来。虽然小学时代我更多关心的是武侠小说。看过的言情小说不多，只有五年级的夏天看了一本写早恋的《啊，少男少女》。这本书在一个下午被我看完，我开始明白男欢女爱的美丽。后来看的书也不多，记忆中有路遥《平凡的世界》。 我记得那里面有一段讨论宇宙与飞船的文字，路遥的那段文字给我的感觉很强大。
　　高中时代来临了，我上的春晖中学。那学校算比较好的，但借书也不能随便自己挑。我没有借到想要的书，总体上是巩固了初中时代对微积分的认识。我去浙江大学度过半个暑假的夏令营，在那里的书店，我买了几本书，比如李政道的文集，还有近代物理的讲义。现在有记忆的是当时去那里看了一次录象，好像是杨振宁在浙大的演讲录像，有点印象。同时期我对热力学第二定律很有兴趣，我想知道人生是不是混沌，赌博与蝴蝶效应有什么关系。高中的生活马上要晃过去，我看的书有一本叫《用物理方法解数学问题》，是天津商学院的吴振奎写的。如果说这个世界上还有好书的话，那算一本。那书的角度现在看来是牛顿或者 Witten那样的角度。数学与物理是不分家的，陈省身在理论物理所访问期间有诗歌，第一句说：物理几何是一家，共同携手到天涯。
　　当然，一直到现在，我对吴振奎的书最后的完美矩形与电路的基尔霍夫定律的关系也没有把握。高中时代我还不知道自己到大学要学什么，因为我的文科比理科要好一点。英语是最好的，写作文也是老气横秋。我已经忘记什么时候我有Penfriend，他与我写信，说我文笔出众。
　　文笔出众在我看来有点小儿科，我觉得一个人要么物理出众要么数学出众，电脑出众也行，你要说自己文笔出众，我觉得那是很正常的事情，每个人的文笔都出众。当时我们学校有个毕业的人，成为小作家了，来春晖中学讲文学，坐在讲台上冷酷地抽烟、思索、谈论文学，我不觉得那有多了不起。后来有院士来春晖中学讲演，我惊为神人。
　　高中时代是糊涂的，要学的东西很多，我们为了准备竞赛还读过大学的《细胞生物学》一类的高级书。
　　20岁那年，我要考大学了，填报物理系是越来越确定的事情。在浙江大学与北京师范大学之间我琢磨了一下，填了北京师范大学。当时不知道的是，北京师范大学的广义相对论，在国内是一面旗帜。
　　到了大学，第一年真是散漫到了极点，当时我觉得未来很遥远，远到你不知道未来到底是什么。我做的最多的事情是上网和看电视，拿一点时间来写小说。在写小说上，我有过刻苦的练习，一天去自习教室写10个小时，然后叫打印店的小姐帮忙打字。当时的思想是写小说就是拿人性做试验。设计一个一个场景，当然，我在高三开始疯狂研究徐志摩，我大一的暑假去了徐志摩在海宁的老家，人去楼空后我再次感怀，我以后有钱了要去他家隔壁建一楼房，他的故居边上的新华书店，是我考虑拆迁的对象。
　　徐志摩的作品是重要的，我不是从文学的意义上去想。但他的那种爱美自由的风格，在当时我的心里是最重要的。我看陆小曼给《猛虎集》写的序文，说徐志摩云游去了，现在她很后悔当时自己的淘气，写着写着再没有人去执她的手了……我突然明白了很多事情，当时我对爱情是极度虚幻地追求，讨一句话恐怕是在茫茫人海中访我灵魂之唯一伴侣。
　　徐志摩的离婚与梁启超给他的证婚词，让我记忆深刻。
　　他是永远只有36岁的。这个在我看来是重要的，一个人居然没有老过，是不是一件极度潇洒之事情？
　　大一的散漫使得我开始接受一点后现代的思想。在大学里几乎所有的人都会后现代，但重要的是一个人不能永远停留在后现代。
　　大二上学期我还是散漫的，我还是写一点小说和文字，来慰藉自己。当然思想是不深刻的，我有时候觉得鲁迅是深刻的。有一门课程叫数学物理方法，上这课程时我开始跟不上老师的思路，我的面前出现的第一本难的书是梁昆淼的。我压根不知道这本书是要干什么，解决什么问题。当时脑子里还没有球坐标系这样的概念。我于是很痛苦，索性不学了。
　　大二下学期的时候我上网，开始看一些幻方什么的东西。看书也是没有品位的，量子力学是大三要学的，我当时觉得我应该学会写薛定谔的波动方程，那是时候，实际上我的数学物理已经学得相当差了。我连一个矩阵如何对角化等一系列问题全部不能自己。
　　上网的时候也去超弦学友论坛（这个网络BBS是由中国科学院理论物理研究所的高怡鸿研究员开设的，现在这个论坛已经关闭多时了），上这个论坛的时候开始知道这个世界上还有这样一个人，他叫Witten。如果说每个时代都有被传说很邪门的人，那么Witten就是其中之一。物理圈里有一个说法是witten的文章写得很干净，他吃饭的时候把汤都喝光了，那我们吃什么？
　　大三上学期我同时上裴寿镛教授开设的《量子力学》与另一门很有意义的课程，这就是由梁灿彬教授在北京师范大学物理系开设的《微分几何初步与广义相对论》。梁灿彬教授的课程相当于从几何角度讲解爱因斯坦的理论，抛弃了坐标系。我受到一点影响。
　　我开始不再想着写小说了，小说的力量太小了，一个方程能说明的事情小说要写十万字才能说清楚。我虽然当时也看王小波或者别人的小说，但基本上没有震撼之感。最震撼我的东西全部集中在几何上，比如Gauss——Bonnet——Chern定理。你生活在四维度的时空中，曲率怎么样，有多少洞。这样的事情让我煞费苦心。我开始处心积虑地学习一些几何与拓扑，企图赶上潮流。这个时候因为已经发现广义相对论与规范场论都与微分流形及它上面的纤维丛有关系。我开始明白了自己的23年，渐渐走到一条数学物理的路上去。而至于这条路有多长，能走多远，那谁晓得呢？

　　张轩中，北京师范大学物理系理论物理专业毕业，从事离子阱与质谱仪器研究。著有《相对论通俗演义》，曾在多家知名媒体发表多篇文艺与科学评论。

　　纵观20世纪物理学的百年发展史，可谓群星璀璨，英才辈出，《日出：量子力学与相对论》描述了在20世纪初期，那个乌云密布的物理学天空中，海森堡等人如何看到日出的场景。在20世纪初期的量子力学与相对论大革命中，涌现了大量的类似于海森堡这样的物理学英雄人物，那是一个震撼人心的英雄时代。《日出：量子力学与相对论》通过对这些英雄人物的成长经历与思想历程的梳理，从科学与文艺的双重角度建构了一个又一个栩栩如生的人物剪影。《日出：量子力学与相对论》适合于大中学生、教师，对物理与物理学发展历史感兴趣的读者，也适合物理研究人员和物理学史研究者等专业人士参考使用。

　　在20世纪初期乌云密布的物理学天空中，量子力学和相对论如何喷薄而出？

 　　《日出：量子力学与相对论》讲述一个震撼人心的英雄时代。在物理学精英的传奇故事中，挖掘产生新思想的源动力。