第一章 追求與理想(4)

儘管他對愛因斯坦和他的相對論心儀已久，可是撥開積雲，讓陽光落下來的還是愛丁頓。作風嚴謹不苟言笑的英國人愛丁頓不僅是愛因斯坦的好友，最早研究廣義相對論的權威，也是一個善解人意的教育學家，他從來不用條條框框來限定自己的學生，只是對他提出個大致方向或思路，以後的路皆由學生隨意地自由地馳騁。走偏了走遠了都沒關係。愛丁頓會定期坐下來同他交談。他從不強迫學生做什麼，怎樣做。有時交談會變成爭論甚至爭吵，也沒關係，愛丁頓不會因對手只是一個還沒有出道的毛頭小夥子而在意。愛丁頓喜歡爭論，欣賞爭吵。多年之後束星北登台講學時，常說起這個可愛的英格蘭老頭：好的老師會在恰當的時候，在你的腦門上輕輕一拍，你晦暗不清的腦袋突然就亮了起來。１９２８年，也就是束星北在愛丁堡大學學習的這一年，物理學界發生了一件大事：世界著名物理學家狄喇克將相對論與量子力學結合起來，提出了電子的相對論運動方程，即著名的狄喇克方程。這一方程後來被物理大師們稱之為：用最簡練的文字概括出的一幅最美麗的世界圖畫的方程。這個方程奠定了相對論與量子力學的基礎，賦予了真空以新的物理意義並預言了正電子的存在。這個天才的理論很快就引起了世界科學界的轟動，也引起了束星北的導師達爾文的極大的興趣。達爾文以他敏銳的目光和雄厚的實力最先在科學界取得了對狄喇克方程的嚴格的解。束星北幾乎目睹並學到了導師對狄喇克方程全過程的推導。狄喇克方程的提出，不僅受到達爾文的關注，世界上許多有關學者都對這個世界上“最美麗的圖畫”產生了興趣。他們通過各種形式，對方程的數學基礎和表現形式的完善進行了探索和研究。愛丁頓自然也不會放過這個機會，他在觀察琢磨了別人的研究方法后。決定另闢蹊徑，走自己的路。他試圖用黎曼空間度規來表達狄喇克方程，並取得了成效。作為合作者，束星北幾乎參與了老師的整個研究過程。為了繼續深造，１９３０年８月，已漸顯才華的束星北被愛丁頓推薦到美國麻省理工學院做研究生和數學系助教，師從世界著名數學家斯特羅克教授（Ｄ·Ｊ·Ｓｔｒｕｉｋ）。在他的指導下，繼續對狄喇克方程進行研究。１９３１年５月束星北完成了碩士論文：超複數系統及其在幾何中應用的初步研究《ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｏｒｙＳｔｕｄｙｏｆＨｙｐｅｒｃｏｍｌｅｘＮｕｍｂｅｒＳｙｓｔｅｍｓａｎｄｔｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＧｅｏｍｅｔｒｙ》。這篇文章使他獲得了麻省理工學院的理學碩士學位。他的這篇文章思路方法獨到新穎，實際上已超越了導師愛丁頓。他在描述“最美麗的圖畫”數學基礎和表現形式所使用的方法上，也更富有靈性。他利用廣義超複數系，通過黎曼空間度規的線性變化，推得出一些與黎曼幾何類似的結果，並在四維情況下，得出了狄喇克方程，使狄喇克相對論電子方程具有更合理的數學基礎和更完備的表現形式。就在束星北即將完成他的構想時，發現著名科學家福克（Ｖ·Ａ·Ｆｏｃｋ）和伊凡寧柯（Ｄ·Ｉｗａｎｅｎｋｏ）也開始做類似的研究。他們的研究方法和思路都基本相同，只是運用的方法不同。束星北在這項研究中應用的廣義超複數系，其性質已與著名的克里福特（Ｗ·Ｋ·Ｃｌｉｆｆｏｄ）群類似。顯然那時束星北還不知道有克里福特群。克里福特群實際上直到２０世紀８０年代才被引入量子場論研究，從而受到科學界的廣泛的關注。３０年代狄喇克方程的研究是科學界最前沿的課題，束星北早早就有了克里福特群同樣的思路，並將這種方法應用於量子力學中。這說明他的科學感覺和思路是非常敏捷、超常的。⑨束星北將克里福特群引入量子力學的同時，還對引力場與電磁場的統一理論做出了獨到的研究。愛因斯坦的引力場幾何化成功之後，馬上就產生了用類似幾何概念來描述電磁場的願望。華愛爾（Ｈ·Ｗｅｙｌ）、愛丁頓和愛因斯坦本人都曾經想通過對黎曼幾何的修正，把用於引力場的廣義相對論推廣於電磁場，但都沒有成功。束星北也試圖探索引力場與電磁場的統一理論。考慮到引力場與電磁場的根本差異，他提出了用質量密度ρ和虛數電荷ιδ之和ρ＋ιδ代替愛因斯坦廣義相對論中能量——動量張量的質量密度ρ，從而導出一級近似的複數黎曼線元，實數部分正好代表引力場，複數部分正好代表電磁場，由之進一步導出麥克斯韋（Ｊ·Ｃ·Ｍａｘｗｅｌｌ）方程組和羅倫茲（Ｈ·Ａ·Ｌｏｒｅｎｔｚ）作用力定律。這篇充滿睿智的論文在麻省理工學院《數學物理期刊》上發表后，束星北將它寄給了愛因斯坦，愛因斯坦很快就回了信，對他的論文提出了幾點意見。束星北在論文的文尾還提到了愛丁頓，顯然論文在寫作過程中也受到過愛丁頓的幫助。今天的物理科學家眼中，這篇論文儘管有些地方值得推敲，儘管它不可能解決愛因斯坦終生未能解決的、即使今天也仍未解決的統一場論這個廣義相對論的難題，但是束星北能抓住物理本質，巧妙地把引力場與電磁場結合起來，得出一些很有意思的結果，在當時，不能不算是一種富有創造性的嘗試。⑩