量子力學那點事群雄逐鹿之四沉默寡言的狄拉克

和閱盡人間春色的薛丁格還有能言善辯的泡利比起來，狄拉克就差遠了，其實不用和這兩位大神比，就是和海森堡比起來，狄拉克也有點太靦腆了，那簡直就是惜字如金，甚至他的同事們定義了「一個小時說一個字」為一個「狄拉克」單位，這水準估計也只有一代奇人卡文迪許可以相比了。

狄拉克

就因為這慢性子，狄拉克做什麼事情都慢半拍。

當初看到海森堡論文的時候，狄拉克就感覺還有一種東西不滿足乘法交換律，就是說不用矩陣也可以表達海森堡的思想，可等狄拉克想起了這就是泊松括號時，波恩和約爾當已經整理完了矩陣力學，這是第一次錯失。

薛丁格發表波動力學時，狄拉克隱隱感覺到這和矩陣力學有點關聯，等他證明了兩者等價的時候，薛丁格和泡利已經證明完了，這是第二次錯失。

不過好飯不怕晚，現在他們的理論都沒有考慮相對論。考慮了相對論效應的方程也有，就是克萊因-戈爾登方程，但是克萊因-戈爾登方程會得到負數解，這有點難以解釋，狄拉克作為數學家的嚴謹不能忍受這種不完美，於是狄拉克寫出了自己的方程。

狄拉克方程甫一出世，就震驚了泡利，因為方程可以導出電子自旋，而自旋那是泡利的傷心淚，不過和克萊因-戈爾登方程一樣，狄拉克方程也存在負數解，難道是狄拉克錯了？不是就因為討厭負數解才寫的狄拉克方程嗎？可是，狄拉克怎麼會錯呢？

既然狄拉克不會錯，那就是世界錯了。

狄拉克指出，因為電子帶負電，那麼解就是正的，既然出現了負數解，那一定存在一種正電子。同理，這麼推下去，不但有正電子，還得有負質子，再往下推呢，對於我們的物質世界，一定還存在一個反物質世界。而且正物質和反物質相遇，會湮滅成一片光芒。

正負電子

這個結論太震撼了，簡直就是石破天驚，其重要程度不亞於相對論和量子論，又撕下了一片上帝遮擋在人類面前的真實世界的幕布。

1932年，美國物理學家安德森在研究宇宙射線時發現了正電子，並且獲得了諾貝爾獎，不過這個事情值得商榷一下。

第一個探測到正電子的應該是小居裡夫婦，可是小兩口沒有注意，所以錯失了這一重大發現，這是他們自己不縝密，怪不了別人，可是對於趙忠堯來說就有些委屈了。

趙忠堯第一個觀測到了正反物質湮滅，當然也是第一個發現反物質的科學家，本來諾貝爾獎委員會打算授予趙先生諾貝爾獎了，可是一個德國物理學家對此提出了疑問，讓諾貝爾獎委員會有了一絲遲疑，可是後來證明是那位物理學家錯了，趙先生是正確的，趙先生就這麼錯失了諾貝爾獎，而且是中國人的第一個諾貝爾獎。

最委屈的是當時安德森就在趙忠堯的隔壁，他是受到了趙先生的啟發採取尋找正電子的，結果他獲得了諾貝爾獎，不過，趙先生的學生為他爭了一口氣，得了一個諾貝爾獎，而且也是中國人的第一個諾貝爾獎，這個學生就是楊振寧。

趙忠堯

狄拉克的狂想還不止於此，在他看來，真空並非空無一物，而是無邊無際的狄拉克之海，我們的宇宙就漂浮在狄拉克之海上，而他所謂的狄拉克之海就是負能級電子，依照能量最低原理，物質世界的電子都應躍遷到負能級上，狄拉克對此做出的解釋是這些負能級已被電子佔據，按照泡利不相容原理，每個能級只能容納兩個自旋相反的電子，因此我們觀察到的電子不能向下躍遷到負能級去。這些負能級的電子就構成了狄拉克之海。

無論是牛頓麥克斯韋，還是愛因斯坦玻爾，他們都猶如奧林匹亞眾神一般創造了天空與大地，而狄拉克之海的狂想，則使狄拉克一躍成為海王波塞冬，取得了眾神同等的地位。

狄拉克不僅創造了狄拉克之海，還預言了磁單極子，對於電和磁，都是成對出現的，這個人類早就發現了，可是電和磁還是有一點不同，對於電來說，正電荷和負電荷可以分開，電子就帶負電荷，質子就帶正電荷，可是磁卻無法分開，把一塊磁鐵打碎，每一個碎片都還是擁有N極和S極，繼續再分，還是不變，無論分到多麼小，都不會出現單獨的N極或者S極。

狄拉克深厚的數學功底有了用武之地，他把數學上的拓撲概念應用到物理學上，預言了磁單極的存在，不過現在還沒有在實驗中發現磁單極。

狄拉克還有一個更大的腦洞，他比較了引力和電磁力的比值，發現和宇宙的年齡在一個數量級上，他覺得這不是巧合，而是引力常數會隨著時間改變而改變，如果狄拉克這個腦洞成立的，最高興的應該是劉慈欣，按照劉慈欣在《三體》中的說法，現在的宇宙是被改造過的宇宙，只不過是宇宙戰爭後的斷壁殘垣，這有點太可怕了。

海森堡把狄拉克方程詮釋為所有基本粒子的狄拉克場方程，狄拉克場方程在物理學中的地位和麥克斯韋方程、愛因斯坦場方程還有楊.米爾斯規範場方程具有同等重要的地位。

由於狄拉克的巨大成就，1933年獲得了諾貝爾物理獎，這讓羞澀的狄拉克不知所措，因為害怕盛名所累，打算不去領獎，他的師爺盧瑟福告訴他，「如果你這樣做，你會更出名，人家更要來麻煩你。」，狄拉克才羞羞答答地走上了諾貝爾領獎臺。順便加一句，狄拉克的老師是福勒，就是提出熱力學第零定律的福勒，福勒是盧瑟福的女婿，玻爾是盧瑟福的學生，所以呢，狄拉克不算量子學派的正宗弟子，算是旁支。

現在算一算，咱們說了幾個唯一了。兩個吧，泡利不讀大學直接讀博士，算唯一一個，德布羅意博士論文獲得諾貝爾獎，算一個唯一，還有沒有唯一呢？有的，這個唯一就落在了狄拉克身上。

由於太靦腆了，狄拉克不會追姑娘，所以獲得諾貝爾獎時還是一條單身狗，這可是奇貨可居，自古以來，嫁給諾貝爾獎獲得者的多了，因為他們都結婚了，但是嫁給一個已經獲得諾貝爾獎的單身狗的機會可能就這麼一次吧。

這裡單說狄拉克，傳奇女性馬爾吉特就抓住了這次機會，而且是倒追狄拉克，對於狄拉克這種木頭，不倒追還真沒有辦法，不過倒追也很難，狄拉克那就是一塊不解風情的木頭，對於他來說，姑娘可遠比不上愛因斯坦有吸引力，姑娘追了半天，看沒有希望，這種枯木就是澆灌多少心血也不可能發芽，在狄拉克身上投入簡直就是糟蹋青春，一怒之下就不理狄拉克了。

可沒想到這一不理，狄拉克倒上勁了，天天給姑娘寫信，還坐飛機去看姑娘，畢竟人家愛因斯坦紅顏知己無數，也不能天天陪著他，看到狄拉克開竅了，姑娘就借坡下驢，和他結婚了，所以，馬爾吉特是唯一一個嫁給已經獲得諾貝爾獎的女士。

由於狄拉克是把相對論和量子力學結合在了一起，所以他創造了一門新科學，就是量子電動力學，這其實算不上一個新概念，因為愛因斯坦的狹義相對論的論文就叫做《論動體的電動力學》，所以電動力學也算相對論的別名，但是把量子和電動力學放到一起說，確實狄拉克是第一次。

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