狄拉克的方程游戏（上）

维尔切克

著

返朴

2019-05-28 08:39:47

点击上方蓝字“返朴”关注我们，查看更多历史文章本文是2004年诺贝尔奖得主、著名理论物理学家维尔切克（F. Wilczeck）所著的高级科普著作《奇妙的现实》（Fantastic Realities）中的部分章节。由于各种原因，这些章节在译著出版时被删除了。但其内容于普及和深化理解现代物理却是非常重要的。

《现代物理知识》得到了原作者的首肯，从舍弃的章节中挑选了部分章节翻译发表。现在刊登的这一部分，专门讨论了量子场论的发生与发展。可称之为量子场论通俗入门。

撰文 | 维尔切克

翻译 | 丁亦兵、乔从丰、李学潜、沈彭年、任德龙

狄拉克

不可否认：这些数学公式是独立存在的，并且有着它们自己的智能；它们比我们更聪明，甚至比发现它的人更聪明；我们从它们那里得到的要比原来赋予它们的多得多。

—— H. 赫兹，关于麦克斯韦的电磁学方程

我做的大量工作只不过是用方程玩游戏，看看它们能给出什么。

——P.A.M. 狄拉克

它恰恰给出了人们所需要的电子的特性。这对我来讲真是一笔出乎意料的奖金，完全出乎意料。

——P.A.M. 狄拉克

关于狄拉克方程

在所有的物理学方程中，狄拉克方程或许是最 “不可思议”的。它的推导最直截了当，极少受实验的约束，是一个具有最奇异和最惊人影响的方程。

1928年初（原始论文的接收日期是1月2日），一个刚从电力工程转行到理论物理的25岁的年青人保罗·阿德里安·莫里斯·狄拉克（1902~1984）推导出了一个引人注目的方程，这个方程后来一直被称之为狄拉克方程。狄拉克的目标非常具体，即瞄准了当时的热门课题。他想写出一个能比已有的一些方程更精确地描述电子行为的方程。因为那些方程要么只考虑了狭义相对论，要么仅考虑了量子力学，但从未两者兼顾。

当时一些更有名气的和更有经验的物理学家也正在研究同样的课题。

不同于那些物理学家，也不同于伟大的经典物理学家牛顿和麦克斯韦，狄拉克并没有从对实验事实进行详细的研究开始。他只是利用几个基本的事实和所谓的理论上的必要条件来指导研究工作，其中的一些条件现在已经知道是错误的。狄拉克试图用一个简洁的、数学上自洽的方案来具体表达这些原理。诚如他所言，通过“方程游戏”，他无意中发现了...（内容过长，后续内容省略）