狄拉克

1902年8月8日生於英國布里斯托爾城。他跳級讀完中學，在中學自學了相當高深的數學。1918年畢業後考入布里斯托爾大學電機系。1921年大學畢業，獲電氣工程學士學位。1923年考入劍橋大學聖約翰學院當數學研究生。1925年開始研究由海森伯等人創立的量子力學，1926年發表題為《量子力學》的論文，獲劍橋大學物理學博士學位，應邀任聖約翰學院研究員。1929年周遊各國，作學術訪問，先在美國逗留了五個月，後來和海森伯一起訪問日本，再橫貫西伯利亞，回到英格蘭。1930年選為英國倫敦皇家學會會員。1932到1969年，狄拉克任劍橋大學盧卡斯數學教授（牛頓曾任此職務，現任為邁克爾·格林)，1969年退休。他還擔任過美國威斯康星大學、密執安大學、普林斯頓大學、邁阿密大學等有名學府的訪問教授。1933年狄拉克和薛定諤一起分享當年度諾貝爾物理學獎金。1971年起任劍橋大學榮譽教授，兼任美國佛羅里達州立大學物理學教授。

1984年10月24日逝世。終年82歲。 1995年11月13日，在倫敦威斯敏斯特教堂緊挨着偉大的牛頓紀念碑的地方，舉行了保羅·狄拉克紀念碑的揭幕典禮。在狄拉克紀念碑上刻着預言了反物質存在的使他成名的方程

他，個頭很高，面容憔悴，手腳不那麼靈巧，極度地沉默寡言。他把一切獻給了一個主要興趣。在這個領域他是一位傑出的人物，但對其他活動沒有興趣或者沒有能力……他是具有超級數學心智的典型；對於其他人來説，這種心智藴藏着多種利益，而對於狄拉克來説。他卻將它全部用來完成他偉大的歷史使命，即建立一門新學科——量子力學。

——德國物理學家 埃爾薩塞

在所有的物理學家中，狄拉克具有最純潔的心靈。

——尼爾斯.波爾

由於深受以愛因斯坦為代表的20世紀物理學中理性論思潮的影響，加之個人的勤奮和思想方法的正確，狄拉克在量子力學的理論基礎特別是普遍變換理論的建立方面，在相對論性電子理論的創立方面，以及在量子電動力學和量子場論的建立方面，都作出了重大的貢獻。1926～1927年，研究出量子力學的數學工具變換理論與費米各自獨立地提出具有半整數自旋粒子的統計公式（費米一狄拉克統計法）。1927年提出二次量子化方法。把量子論應用於電磁場，並得完第一個量子化場的模型，奠定了量子電動上學的基礎。1928年與海森伯合作，發現交換相互作用，引入交換力。同年，建立了相對論性電子理論，提出描寫電子運動並且滿足相對論不變性的波動方程（相對論量子力學）。在這個理論中，把相對論、量子和自旋這些在此以前看來似乎無關的概念和諧地結合起來，並得出一個重要結論：電子可以有負能值。由此出發，於1930年提出“空穴”理論，預言了帶正電的電子（即正電子）的存在。1931年預言了反粒子的存在，電子一正電子對的產生和湮沒。1932年，安德森在宇宙射線中果然發現了正電子。不久，布萊克特在用雲室觀察宇宙線時又發現了電子一正電子對成對產生和湮沒的現象。1931年提出關於“磁單極”存在的假設。論證了以磁單極為基礎的對稱量子電動力學存在的可能性。1932年與福克和波多利斯基共同提出多時理論。1933年提出反物質存在的假設。假定了真空極化效應的存在。1936年建立了主要是關於自由粒子的經典場的普遍理論。1937年提出了引力隨時間變化的假設。1942年為消除電子固有能量的無限大值而引人不定度規的概念。1962年提出u子的理論，在這個理論中u子被描寫為電子的振動狀態。此後，主要研究引力理論的哈密頓表述形式問題，以進一步把引力場量子化。

狄拉克原來從事的研究，自從1925年海森伯訪問劍橋大學以後，狄拉克深受影響，把精力轉向量子力學的研究。1928年他把相對論引進了量子力學，建立了相對論形式的薛定諤方程，也就是著名的狄拉克方程。這一方程具有兩個特點：一是滿足相對論的所有要求，適用於運動速度無論多快電子；二是它能自動地導出電子有自旋的結論。這一方程的解很特別，既包括正能態，也包括負能態。狄拉克由此做出了存在正電子的預言，認為正電子是電子的一個鏡像，它們具有嚴格相同的質量，但是電荷符號相反。狄拉克根據這個圖象，還預料存在着一個電子和一個正電子互相湮滅放出光子的過程；相反，這個過程的逆過程，就是一個光子湮滅產生出一個電子和一個正電子的過程也是可能存在的。1932年，美國物理學家安德森（1923-）在研究宇宙射線簇射中高能電子徑跡的時候，奇怪地發現強磁場中有一半電子向一個方向偏轉，另一半向相反方向偏轉，經過仔細辨認，這就是狄拉克預言的正電子。後來很快又發現了γ射線產生電子對，正、負電子碰撞“湮滅”成光子等現象，全面印證了狄拉克預言的正確性。狄拉克的工作，開創了反粒子和反物質的理論和實驗研究。

狄拉克是量子輻射理論的創始人，曾經和費米各自獨立發現了費米-狄拉克統計法。狄拉克還在美國佛羅里達州立大學發表過大量有關宇宙學方面的論文，推動宇宙學研究的發展。特別值得一提的是，狄拉克早在本世紀三十年代，就從理論上提出可能存在磁單極的預言。有關磁單極的理論研究和實驗探測取得了迅速發展。1982年國外已有報道，宣稱有人發現了磁單極存在的證據。當然，假如真能從實驗上證實磁單極存在，一定會引起物理理論的深刻變化。

狄拉克對物理學的發展充滿信心，把自己畢生的精力、興趣、熱情全部投入追求科學真理的事業。他為當代物理學提供了豐富的物理思想，如正則量子化、變換理論、含時微擾、二次量子化、粒子數表象、空穴理論和反粒子概念、電荷共軛對稱性。路徑積分、多時理論、重正化方法、磁單極、弦模型、不定度規、引力場量子化等等。這些創造性的新思想為當代物理理論的發展開拓出新路。一大批獲得諾貝爾獎金的傑出物理學家都是在狄拉克思想的引導下，或在狄拉克開闢的道路繼續前進而取得豐碩成果的。他對物理學的傑出的貢獻也為他帶來了崇高的聲譽，他因建立了量子力學而和薛定愕共獲1933年度諾貝爾物理學獎，1939年獲英國皇家獎章，1952年獲英國皇家學會科普利獎章，1968年獲奧海默獎章。他除了是英國皇家學會的成員以外，還是前蘇聯科學院通訊院士和美國普林斯頓高級研究院、羅馬教皇科學院的成員。狄拉克曾應邀到德國、美國、日本等許多國家作訪問講學。1935年7月應我國清華大學的邀請，在清華大學作了關於正電子的演講，並會見了我國的物理學界人士。1984年10月20日，狄拉克在美國佛羅里達逝世，為悼念這位偉大的理論物理學家，英國劍橋大學聖約翰學院舉行了隆重的紀念報告會。

狄拉克一生著作甚豐。他的名著、《量子力學原理》（1930）以深刻而簡潔的方式表述了量子力學，半個多世紀以來一直是這個領域的一本基本教科書。還著有《量子力學講義》（1964）、《量子場論講義》（1966）、《量子論的發展》（1971）、《希爾伯特空間中的旋量》（1974）、《廣義相對論》（1975）、《物理學的方向》（1978）等。

“我依然覺得很難同狄拉克交談，”認識狄拉克多年的一位劍橋物理學家曾對英費爾德説，“如果我要徵求他的意見，我必須儘量簡潔地説出我的問題。他總會用5分鐘看天花板，接着又用5分鐘看窗外，然後回答説‘是’或者‘不是’。不過，他回答總是正確的。”甚至在會議上或在科學討論中，狄拉克依然保持着這種態度。1950年夏，他在哈韋爾召開的核物理學會議上作了關於場論的報告。會議記錄在概括他的報告內容之後，以簡潔的方式收尾：“以下討論的問題被提出來了，但沒有回答……”

狄拉克的沉默寡言，似乎部分地因為害羞，部分地因為特異性地和過分地堅持邏輯和智力的經濟。狄拉克不僅在科學問題上由於他的直接與坦率而聞名，而且在日常生活中也是如此。他很難接近，甚至對那些與他共事很長時間的人也採取保留的態度。然而，那些很瞭解他的人使我們相信：他是一位非常有禮貌的人。即使這樣，對於那些不瞭解他的孤獨特質，或者不熟悉他個性的人來説，他對話的風格和傾向會讓人覺得只是缺乏機智而已。他的沉默寡言以及看似對人缺乏興趣，使他的社會交往不多，在某些情況下甚至不可避免地犯下不禮貌或者傲慢的錯誤。下面的故事就是最好的證明。

當波蘭青年物理學家英費爾德1933年前後來到劍橋時，福勒就建議他跟從狄拉克研究正電子理論中的一個問題。英費爾德於是去見狄拉克，下面就是他後來記述下來的那次會見：

我穿過聖約翰學院那狹窄的木樓梯，然後敲響了狄拉克的房門。他悄悄地把門打開，並以友好的手勢指着一張帶扶手的椅子。我坐下來並等着他講話，但鴉雀無聲。我告訴我的主人説，我幾乎不會講英語，他友善地笑了笑，但沒有作任何回答。

英費爾德試圖把談話引向深入，且把福勒的建議告訴了他。

仍然沒有回答。我等待了一會兒，接着直接提出了問題：“你反對我同你一道研究那個問題嗎？”——“不”。我終於讓他吐出了一個字。接下來，我開始討論那個問題，並拿出鋼筆來以便寫出一個公式。他一言不發地站起來，拿來了紙張。但是，我的鋼筆寫卻不出字來，這時他又悄無聲息地拿出他的鉛筆，並遞給了我。我再次問他一個直接的問題，而得到的回答是5個字，我花了兩天的時間才消化它們。談話即將結束，我試圖延長它。“當我遇到困難的時候，你不介意我來麻煩你嗎？”——“不”。我離開了他的房間，奇怪而又沮喪。他太難令人親近了，要是我事先就知道每個劍橋人都是這麼認為的，那麼我就不會有什麼不愉快的感覺了。如果英國人都覺得他很特別，那麼對一個喜歡嚼舌根的波蘭人就更可想而知了。

狄拉克當然不是無禮，儘管他的舉止被英費爾德描述得好像是無禮的。他作為邏輯的耕耘者，只不過是按邏輯行事，因此在某些場合就表現得與社會所接受的方式背道而馳。他直接回答問題，但不作評論或者其他不得要領的陳述。他接下來會坦率行事，在一些場合下，這種坦率並不總是被認為是友好的表示。後來成為知名天體物理學家的席艾瑪，在1950年前後拜狄拉克為導師。有一次，席艾瑪興奮地跑到狄拉克的辦公室説：“狄拉克教授，關於宇宙學中恆星形成的問題，我剛剛想出一種方法，我可以告訴你嗎？”狄拉克的回答是：“不。”談話就此結束。

還有一次，一位法國物理學家拜訪狄拉克。那位法國人很費勁地講着英語，在狄拉克無聲之中介紹自己。狄拉克靜靜地聽着他講出每一個單詞，其中一半是法語，另一半則是糟糕的英語。“過了一會兒，狄拉克的妹妹走進房間，用法語問狄拉克一些事情，狄拉克也以流利的法語做了回答。”我們回頭想一下，狄拉克父親的母語是法語，他在孩子們很小的時候就教他們法語。那位來訪者自然很憤怒，大聲叫道：“你為什麼不告訴我，你能講法語？”狄拉克簡潔地回答説：“你從來也沒有問過我呀。”

還有異曲同工的另一個故事是塔姆講的。他1931年聆聽了海森伯在劍橋大學作的一次演講，內容是介紹海特勒新近的研究。海森伯忘記了帶筆記本，但還是作了演講。接下來的討論就令人糊塗和不滿。在討論之後，有人詢問狄拉克對此的看法，狄拉克説，他相當瞭解海特勒的觀點，而且是海特勒親自告訴他的。“那麼，保羅，你為什麼不當場告訴大家呢？”“沒有任何人要我講呀，”狄拉克回答説。

1947～1948年，派斯在普林斯頓高等學術研究所工作時結識了狄拉克，並掌握了狄拉克的談話特性。他回憶起他們在研究所走廊裏的一次對話：狄拉克説：“我妻子問你能否和我們一起共進晚餐？”派斯回答説：“很抱歉，我另有約會。”狄拉克接着説：“再見。”“狄拉克沒有説‘那改天’吧？對他來説問題已經提出，並得到了回答，因此談話就該結束了。”

一次狄拉克發表完演講之後，一位聽眾提問道：“狄拉克教授，我不懂你是怎樣推導出這個方程的……”狄拉克安靜地坐着，也許朝窗外看去，沒有任何想回答的表示。經過一段沉寂之後，與提問者一樣不懂的演講主持人請求狄拉克回答剛才的那個問題。“那不是一個問題，只是一個陳述。”狄拉克回答道。其實，他並不想回絕詢問者或者製造幽默，只是想陳述一個事實。

狄拉克愛好孤獨和沉默寡言源於他希望按照他的意願生活，這是很清楚也是很合邏輯的事。儘管他通常是一個少言語的人，但在他認為必要的時候，他的口才卻是很好的。1950年，他在加拿大遇見了英費爾德，後者當時正在落基山脈的班夫訪問。英費爾德不僅對遇見狄拉克感到意外，而且也注意到他的善談：“他遠離人羣已有兩週的時間了，而且沒有説過一句話，因此，他把積壓的詞句突然一股腦兒地向我釋放出來。儘管他天性不愛説話——也許正因為這樣——他是聰明的，而且思想深邃，從不嘮叨瑣碎事情。”

對邏輯幾乎瘋狂的熱愛貫穿狄拉克生活的各個時期，而且常常會帶來意想不到的結果。邏輯的和理性的想法並不總是能控制實際生活，但它們卻控制了狄拉克的大學生活，或者説他認為被控制了。“他似乎總是一個徹頭徹尾的理性主義者，”莫特在1963年評論道。下面一個故事也許能反映狄拉克智力運作的特徵。休姆是狄拉克早期的一位研究生，有一次，他與狄拉克一起乘火車從劍橋去倫敦。在返回劍橋的途中，狄拉克注意到從休姆的口袋裏發出咔嗒咔嗒聲，休姆解釋説，那是他裝在瓶子裏的藥丸發出的聲音：在去倫敦的途中，瓶子裏裝滿了藥丸因此沒有聲音；後來因為吃了一些藥丸，所以狄拉克就能夠聽到聲音了。狄拉克在沉默一會兒後説：“我猜想，當瓶子只有一半藥丸時，它將發出最大的噪聲。”