狄拉克:我的工作并没有实用价值。记者:但它可能具有实用价值吗?狄拉克:那我不知道。我想不会有吧。不管怎样,我研究我的理论已经有八年了,现在我已经开始推出一个关于正电子的理论。我对文学不感兴趣也不听音乐。我脑子里只有原子理论。记者:那么在过去的八年间您所建立的科学世界有没有影响您对日常事物的看法呢?狄拉克:我不是个疯子。换句话说如果那样(确实有影响)我早就疯了。
我休息的时候,当然也就是说当我睡觉或是散步或旅行的时候,那我会和我的工作和实验完全隔绝。这很有必有必要,否则这里会爆炸的(狄拉克用手指着自己的脑袋)。20世纪物理学的第一位巨人当然是爱因斯坦。但谁是第二位,谁又是第三位呢?这个问题的答案就因人而异。杨振宁先生在一次演讲中曾经说过,他最佩服的三位当代物理学家,是爱因斯坦、费米和狄拉克。
杨先生说,狄拉克解决问题的方法像是神来之笔,读狄拉克的论述有“秋水文章不染尘”的感觉。本文介绍的是英国理论物理学家,量子力学的奠基者之一,保罗·狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac)获诺贝尔物理奖的经过。20世纪20年代中期参与量子力学建立的,主要是格丁根学派的玻恩、海森伯和约尔丹,剑桥的狄拉克,法国的德布罗意和奥地利的薛定谔。
1924年玻恩意识到需要有一种新的数学规则来从经典力学过渡到量子力学。1925年夏天,海森伯猜到了这种数学的基本形式应该是二维的数组即矩阵,写了一篇论文。玻恩和约尔丹写了第二篇论文,随后他们与海森伯合写了第三篇论文。这3篇论文奠定了量子力学的基础,在物理学史上分别称为一个人的论文、两个人的论文和三个人的论文。
狄拉克看了海森伯一个人的论文预印本后,提出了一套量子力学与经典力学对应的规则,独立地得到了与玻恩和约尔丹两个人论文相同的结果,并进而发展了一个系统的理论。另一方面,德布罗意在1924年提出物质波假设。1926年薛定谔在这个思想的启发下提出了一个波动方程,算出氢原子的能级,建立了波动力学,后来又进一步证明波动力学与量子力学完全等效。
量子力学的这6位奠基人,除了约尔丹外,余下5位后来都相继获得了诺贝尔物理奖。
狄拉克在物理学史上具有里程碑性的工作,是两年后的1928年发表的。这就是他关于电子的相对论性波动方程,这个方程现在称为狄拉克方程。这个方程从几个简单和明显的假设出发,出乎预料地自动包含了电子的自旋,并且给出了电子与实验符合的朗台g因子2,立即为物理学界所接受,并激起了对它进一步和深入的研究。
1927年索尔维会议合影(图片来自网络)
当得知被授予诺贝尔物理奖时,狄拉克最初的反应是想拒绝这份瑞典人给他的殊荣。因为他性格内向,不愿意成为轰动社会的新闻人物。但是卢瑟福说服了他。卢瑟福对他说:你如果拒绝接受诺贝尔奖,就会成为更加轰动的新闻人物。与海森伯一样,狄拉克是由他妈妈陪着去斯德哥尔摩领奖的。伦敦的一家报纸形容他“腼腆害羞得像个小羚羊,典雅文静得像维多利亚时代的处女”,文章的标题是“害怕所有女人的天才”。