第一章 追求与理想(4)

尽管他对爱因斯坦和他的相对论心仪已久，可是拨开积云，让阳光落下来的还是爱丁顿。作风严谨不苟言笑的英国人爱丁顿不仅是爱因斯坦的好友，最早研究广义相对论的权威，也是一个善解人意的教育学家，他从来不用条条框框来限定自己的学生，只是对他提出个大致方向或思路，以后的路皆由学生随意地自由地驰骋。走偏了走远了都没关系。爱丁顿会定期坐下来同他交谈。他从不强迫学生做什么，怎样做。有时交谈会变成争论甚至争吵，也没关系，爱丁顿不会因对手只是一个还没有出道的毛头小伙子而在意。爱丁顿喜欢争论，欣赏争吵。多年之后束星北登台讲学时，常说起这个可爱的英格兰老头：好的老师会在恰当的时候，在你的脑门上轻轻一拍，你晦暗不清的脑袋突然就亮了起来。１９２８年，也就是束星北在爱丁堡大学学习的这一年，物理学界发生了一件大事：世界著名物理学家狄喇克将相对论与量子力学结合起来，提出了电子的相对论运动方程，即著名的狄喇克方程。这一方程后来被物理大师们称之为：用最简练的文字概括出的一幅最美丽的世界图画的方程。这个方程奠定了相对论与量子力学的基础，赋予了真空以新的物理意义并预言了正电子的存在。这个天才的理论很快就引起了世界科学界的轰动，也引起了束星北的导师达尔文的极大的兴趣。达尔文以他敏锐的目光和雄厚的实力最先在科学界取得了对狄喇克方程的严格的解。束星北几乎目睹并学到了导师对狄喇克方程全过程的推导。狄喇克方程的提出，不仅受到达尔文的关注，世界上许多有关学者都对这个世界上“最美丽的图画”产生了兴趣。他们通过各种形式，对方程的数学基础和表现形式的完善进行了探索和研究。爱丁顿自然也不会放过这个机会，他在观察琢磨了别人的研究方法后。决定另辟蹊径，走自己的路。他试图用黎曼空间度规来表达狄喇克方程，并取得了成效。作为合作者，束星北几乎参与了老师的整个研究过程。为了继续深造，１９３０年８月，已渐显才华的束星北被爱丁顿推荐到美国麻省理工学院做研究生和数学系助教，师从世界著名数学家斯特罗克教授（Ｄ·Ｊ·Ｓｔｒｕｉｋ）。在他的指导下，继续对狄喇克方程进行研究。１９３１年５月束星北完成了硕士论文：超复数系统及其在几何中应用的初步研究《ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｏｒｙＳｔｕｄｙｏｆＨｙｐｅｒｃｏｍｌｅｘＮｕｍｂｅｒＳｙｓｔｅｍｓａｎｄｔｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＧｅｏｍｅｔｒｙ》。这篇文章使他获得了麻省理工学院的理学硕士学位。他的这篇文章思路方法独到新颖，实际上已超越了导师爱丁顿。他在描述“最美丽的图画”数学基础和表现形式所使用的方法上，也更富有灵性。他利用广义超复数系，通过黎曼空间度规的线性变化，推得出一些与黎曼几何类似的结果，并在四维情况下，得出了狄喇克方程，使狄喇克相对论电子方程具有更合理的数学基础和更完备的表现形式。就在束星北即将完成他的构想时，发现著名科学家福克（Ｖ·Ａ·Ｆｏｃｋ）和伊凡宁柯（Ｄ·Ｉｗａｎｅｎｋｏ）也开始做类似的研究。他们的研究方法和思路都基本相同，只是运用的方法不同。束星北在这项研究中应用的广义超复数系，其性质已与著名的克里福特（Ｗ·Ｋ·Ｃｌｉｆｆｏｄ）群类似。显然那时束星北还不知道有克里福特群。克里福特群实际上直到２０世纪８０年代才被引入量子场论研究，从而受到科学界的广泛的关注。３０年代狄喇克方程的研究是科学界最前沿的课题，束星北早早就有了克里福特群同样的思路，并将这种方法应用于量子力学中。这说明他的科学感觉和思路是非常敏捷、超常的。⑨束星北将克里福特群引入量子力学的同时，还对引力场与电磁场的统一理论做出了独到的研究。爱因斯坦的引力场几何化成功之后，马上就产生了用类似几何概念来描述电磁场的愿望。华爱尔（Ｈ·Ｗｅｙｌ）、爱丁顿和爱因斯坦本人都曾经想通过对黎曼几何的修正，把用于引力场的广义相对论推广于电磁场，但都没有成功。束星北也试图探索引力场与电磁场的统一理论。考虑到引力场与电磁场的根本差异，他提出了用质量密度ρ和虚数电荷ιδ之和ρ＋ιδ代替爱因斯坦广义相对论中能量——动量张量的质量密度ρ，从而导出一级近似的复数黎曼线元，实数部分正好代表引力场，复数部分正好代表电磁场，由之进一步导出麦克斯韦（Ｊ·Ｃ·Ｍａｘｗｅｌｌ）方程组和罗伦兹（Ｈ·Ａ·Ｌｏｒｅｎｔｚ）作用力定律。这篇充满睿智的论文在麻省理工学院《数学物理期刊》上发表后，束星北将它寄给了爱因斯坦，爱因斯坦很快就回了信，对他的论文提出了几点意见。束星北在论文的文尾还提到了爱丁顿，显然论文在写作过程中也受到过爱丁顿的帮助。今天的物理科学家眼中，这篇论文尽管有些地方值得推敲，尽管它不可能解决爱因斯坦终生未能解决的、即使今天也仍未解决的统一场论这个广义相对论的难题，但是束星北能抓住物理本质，巧妙地把引力场与电磁场结合起来，得出一些很有意思的结果，在当时，不能不算是一种富有创造性的尝试。⑩