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狄拉克的介紹

保羅·狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac，1902年8月8日－1984年10月20日），男，英國(guó)理論物理學(xué)家，量子力學(xué)的奠基者之一，并對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)早期的發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。曾經(jīng)主持劍橋大學(xué)的盧卡斯數(shù)學(xué)教授席位，并在佛羅里達(dá)州立大學(xué)度過(guò)他人生的最后十四個(gè)年頭。

他給出的狄拉克方程可以描述費(fèi)米子的物理行為，并且預(yù)測(cè)了反物質(zhì)的存在。

1933年，因?yàn)椤鞍l(fā)現(xiàn)了在原子理論里很有用的新形式”（即量子力學(xué)的基本方程-薛定諤方程和狄拉克方程），狄拉克和埃爾溫·薛定諤共同獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

狄拉克的生平事跡

早年求學(xué)

保羅·狄拉克，1902年8月8日出生在英格蘭西南部的布里斯托，成長(zhǎng)在畢曉普斯頓區(qū)的城市。他的父親，查爾斯·埃卓恩·拉迪斯拉斯·狄拉克，是一個(gè)曾在布里斯托教書(shū)的法文老師，從瑞士瓦萊州的圣莫里斯移民到英國(guó)。他的母親，佛羅倫斯·漢娜·狄拉克原姓霍爾滕是一位船長(zhǎng)的女兒，曾在布里斯托中央圖書(shū)館擔(dān)任圖書(shū)管理

員。保羅有一個(gè)妹妹，叫阿特麗斯·伊莎貝爾·瑪格麗特，大家稱她為貝蒂，還有一個(gè)哥哥，雷金納德·查爾斯·費(fèi)利克斯，大家叫他費(fèi)利克斯。費(fèi)利克斯在1925年3月自殺。狄拉克后來(lái)回憶說(shuō)：“我的父母非常痛心。我不知道他們這么在乎...我從來(lái)不知道父母應(yīng)該照顧自己的孩子，但自從這件事后，我了解這件事?！?/p>

查爾斯和他的孩子們注冊(cè)的是瑞士國(guó)籍，直到1919年10月22日才歸化為英國(guó)籍。狄拉克的父親雖然他不贊成體罰，但卻是一個(gè)嚴(yán)格和專制的人。狄拉克與他的父親的關(guān)系很緊張，以至于在他父親死后，他寫(xiě)道：“我覺(jué)得我更自由了，我要做我自己?！辈闋査篂榱耸顾暮⒆訉W(xué)習(xí)法語(yǔ)，強(qiáng)迫他們只能說(shuō)法語(yǔ)。但狄拉克發(fā)現(xiàn)，他無(wú)法用法語(yǔ)表達(dá)他想說(shuō)的話，所以他選擇保持沉默。

狄拉克第一次受教育是在主教路小學(xué)，然后在男子商人合營(yíng)技術(shù)學(xué)院（后來(lái)的考瑟姆學(xué)校）就讀。他的父親在那里是一位法語(yǔ)老師。這所學(xué)校是布里斯托大學(xué)內(nèi)的附屬機(jī)構(gòu)，他們共享場(chǎng)地和人員。這所大學(xué)強(qiáng)調(diào)技術(shù)課程，如瓦工、制鞋、金屬工作和現(xiàn)代語(yǔ)言。在當(dāng)時(shí)仍然主要致力于經(jīng)典文學(xué)的英國(guó)中等教育里，這是一個(gè)不尋常的安排。后來(lái)狄拉克曾對(duì)這些安排表示感激。

之后狄拉克在布里斯托大學(xué)工程學(xué)院學(xué)習(xí)電機(jī)工程。盡管最喜歡的科目是數(shù)學(xué)，狄拉克后來(lái)聲稱工程教育對(duì)他影響深遠(yuǎn)：

“原先，我只對(duì)完全正確的方程感興趣。然而我所接受的工程訓(xùn)練教導(dǎo)我要容許近似，有時(shí)候我能夠從這些理論中發(fā)現(xiàn)驚人的美，即使它是以近似為基礎(chǔ)...如果沒(méi)有這些來(lái)自工程學(xué)的訓(xùn)練，我或許無(wú)法在后來(lái)的研究作出任何成果...我持續(xù)在之后的工作運(yùn)用這些不完全嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ虜?shù)學(xué)，我相信你們可以從我后來(lái)的文章中看出來(lái)...那些要求所有計(jì)算推導(dǎo)上完全精確的數(shù)學(xué)家很難在物理上走得很遠(yuǎn)。”

就在1921年獲得學(xué)位的前不久，他參加了劍橋大學(xué)圣約翰學(xué)院的入學(xué)測(cè)驗(yàn)。他通過(guò)入學(xué)考試并獲得一筆70英鎊的獎(jiǎng)學(xué)金，然而這不足以支付在劍橋就讀及生活所需的龐大金額。盡管以第一級(jí)榮譽(yù)工程學(xué)士的成績(jī)畢業(yè)，在當(dāng)時(shí)英國(guó)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)衰退的環(huán)境下仍無(wú)法找到工程師的工作。因此，他選擇接受免學(xué)費(fèi)攻讀布里斯托大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位的機(jī)會(huì)。由于已完成的工程學(xué)位，他被允許抵免第一年的課程。

1923年狄拉克再度以第一級(jí)榮譽(yù)的成績(jī)畢業(yè)并獲得140英鎊的獎(jiǎng)學(xué)金。加上來(lái)自約翰學(xué)院的70英鎊，這筆錢(qián)足夠他在劍橋居住與求學(xué)。

劍橋歲月

原先，狄拉克希望研究一直以來(lái)感興趣的相對(duì)論，然而在拉爾夫·福勒的指導(dǎo)下，狄拉克開(kāi)始接觸原子理論。福勒將原子理論中最新的概念如尼爾斯·玻爾等人的理論介紹給了狄拉克，對(duì)此狄拉克曾回憶到：

“還記得我頭一回看到玻爾的理論，我相當(dāng)驚訝...讓人驚奇的是在特定的條件下，我們居然能將牛頓定律用在原子里的電子。第一個(gè)條件是忽略電子輻射，第二則是放入量子條件。我仍記得很清楚，玻爾的理論當(dāng)時(shí)給了我多大的震撼。我相信在發(fā)展量子力學(xué)上，玻爾引入的這個(gè)概念是最大的突破?！?/p>

之后狄拉克也嘗試著將玻爾的理論作延伸。1925年維爾納·海森堡提出了著眼于可觀察的物理量的理論，當(dāng)中牽涉到矩陣相乘的不可交換性。狄拉克起初對(duì)此并不特別欣賞，然而約莫兩個(gè)星期之后，他意識(shí)到當(dāng)中的不可交換性帶有重要的意義，并且發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典力學(xué)中泊松括號(hào)與海森堡提出的矩陣力學(xué)規(guī)則的相似之處。

基于這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，他得出更明確的量子化規(guī)則（即正則量子化）。這份名為《量子力學(xué)》的論文發(fā)表于1926年，狄拉克也憑借這項(xiàng)工作獲得博士學(xué)位。

同時(shí)埃爾溫·薛定諤以物質(zhì)波的波方程提出了自己的量子理論。狄拉克很快地發(fā)現(xiàn)到海森堡與薛定諤兩人的理論是彼此互補(bǔ)的，并開(kāi)始研究起薛定諤的波動(dòng)力學(xué)。