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保罗迪拉克

震动的微粒子的解说者量子论

(也译作“迪拉克”,Paul Adrie Maurice DIRAC,1902-1984)是英国物理学家。1902年8月8日诞生在英格兰布里斯托尔。量子力学的创始人之一。

1902年8月8日生于英国布里斯托尔城。他跳级读完中学,在中学自学了相当高深的数学。1918年毕业后考入布里斯托尔大学电机系。1921年大学毕业,获电气工程学士学位。1923年考入剑桥大学圣约翰学院当数学研究生。1923年成为剑桥大学圣约翰学院数学系的研究生。1925年开始研究由海森伯等人创立的量子力学,1926年发表题为《量子力学》的论文,获剑桥大学物理学博士学位,应邀任圣约翰学院研究员。1929年周游各国,作学术访问,先在美国逗留了五个月,后来和海森伯一起访问日本,再横贯西伯利亚,回到英格兰。1930年选为英国伦敦皇家学会会员。1932到1969年,狄拉克任剑桥大学卢卡斯数学教授(牛顿曾任此职务,现任为霍金),1969年退休。他还担任过美国威斯康星大学、密执安大学、普林斯顿大学、迈阿密大学等有名学府的访问教授。1933年狄拉克和薛定谔、海森伯一起分享当年度诺贝尔物理学奖金。1971年起任剑桥大学荣誉教授,兼任美国佛罗里达州立大学物理学教授。

1984年10月24日逝世。终年82岁。

狄拉克对物理学的主要贡献是发展了量子力学,提出了著名的狄拉克方程,并且从理论上预言了正电子的存在。狄拉克青年时代正好是原子物理学实验积累了大量材料、量子理论处于急剧变革的时代。由于深受以爱因斯坦为代表的20世纪物理学中理性论思潮的影响,加之个人的勤奋和思想方法的正确,狄拉克在量子力学的理论基础特别是普遍变换理论的建立方面,在相对论性电子理论的创立方面,以及在量子电动力学和量子场论的建立方面,都作出了重大的贡献。1926~1927年,研究出量子力学的数学工具变换理论与费来名自独立地提出具有半整数自旅粒子伪统计较(费米一狄拉克统计法)。1927年提出二次量子化方法。把量子论应用于电磁场,并得完第一个量子化场的模型,奠定了量子电动上学的基础。1928年与海森伯合作,发现交换相互作用,引入交换力。同年,建立了相对论性电子理论,提出描写电子运动并且满足相对论不变性的波动方程(相对论量子力学)。在这个理论中,把相对论、量子和自旋这些在此以前看来似乎无关的概念和谐地结合起来,并得出一个重要结论:电子可以有负能值。由此出发,于1930年提出“空穴”理论,预言了带正电的电子(即正电子)的存在。1931年预言了反粒子的存在,电子一正电子对的产生和湮没。1932年,安德森在宇宙射线中果然发现了正电子。不久,布莱克特在用云室观察宇宙线时又发现了电子一正电子对成对产生和湮没的现象。1931年提出关于“磁单极”存在的假设。论证了以磁单极为基础的对称量子电动力学存在的可能性。1932年与福克和波多利斯基共同提出多时理论。1933年提出反物质存在的假设。假定了真空极化效应的存在。1936年建立了主要是关于自由粒子的经典场的普遍理论。1937年提出了引力随时间变化的假设。1942年为消除电子固有能量的无限大值而引人不定度规的概念。1962年提出u子的理论,在这个理论中u子被描写为电子的振动状态。此后,主要研究引力理论的哈密顿表述形式问题,以进一步把引力场量子化。

狄拉克原来从事相对论动力学的研究,自从1925年海森伯访问剑桥大学以后,狄拉克深受影响,把精力转向量子力学的研究。1928年他把相对论引进了量子力学,建立了相对论形式的薛定谔方程,也就是著名的狄拉克方程。这一方程具有两个特点:一是满足相对论的所有要求,适用于运动速度无论多快电子;二是它能自动地导出电子有自旋的结论。这一方程的解很特别,既包括正能态,也包括负能态。狄拉克由此做出了存在正电子的预言,认为正电子是电子的一个镜像,它们具有严格相同的质量,但是电荷符号相反。狄拉克根据这个图象,还预料存在着一个电子和一个正电子互相湮灭放出光子的过程;相反,这个过程的逆过程,就是一个光子湮灭产生出一个电子和一个正电子的过程也是可能存在的。1932年,美国物理学家安德森(1923-)在研究宇宙射线簇射中高能电子径迹的时候,奇怪地发现强磁场中有一半电子向一个方向偏转,另一半向相反方向偏转,经过仔细辨认,这就是狄拉克预言的正电子。后来很快又发现了γ射线产生电子对,正、负电子碰撞“湮灭”成光子等现象,全面印证了狄拉克预言的正确性。狄拉克的工作,开创了反粒子和反物质的理论和实验研究。

狄拉克是量子辐射理论的创始人,曾经和费米各自独立发现了费米-狄拉克统计法。狄拉克还在美国佛罗里达州立大学发表过大量有关宇宙学方面的论文,推动宇宙学研究的发展。特别值得一提的是,狄拉克早在本世纪三十年代,就从理论上提出可能存在磁单极的预言。近年来有关磁单极的理论研究和实验探测取得了迅速发展。1982年国外已有报道,宣称有人发现了磁单极存在的证据。当然,假如真能从实验上证实磁单极存在,一定会引起物理理论的深刻变化。

狄拉克对物理学的发展充满信心,把自己毕生的精力、兴趣、热情全部投入追求科学真理的事业。他为当代物理学提供了丰富的物理思想,如正则量子化、变换理论、合时微扰、二次量子化、粒子沙表象、空穴理论和反粒子概念、电有共把对称性。路径积分、多时理论、重正化方法、用单极、弦模型、不定度规、引力场量子化等等。这些创造性的新思想为当代物理理论的发展开拓出新路。一大批获得诺贝尔奖金的杰出物理学家都是在狄拉克思想的引导下,或在狄拉克开辟的道路继续前进而取得丰硕成果的。他对物理学的杰出的贡献也为他带来了崇高的声誉,他因建立了量子力学而和薛定愕共获1933年度诺贝尔物理学奖,1939年获英国皇家奖章,1952年获英国皇家学会科普利奖章,1968年获奥海默奖章。他除了是英国皇家学会的成员以外,还是前苏联科学院通讯院士和美国普林斯顿高级研究院、罗马教皇科学院的成员。狄拉克曾应邀到德国、美国、日本等许多国家作访问讲学。1935年7月应我国清华大学的邀请,在清华大学作了关于正电子的演讲,并会见了我国的物理学界人士。1984年10月20日,狄拉克在美国佛罗里达逝世,为悼念这位伟大的理论物理学家,英国剑桥大学圣约翰学院举行了隆重的纪念报告会。

狄拉克一生著作甚丰。他的名著、《量子力学原理》(1930)以深刻而简洁的方式表述了量子力学,半个多世纪以来一直是这个领域的一本基本教科书。还著有《量子力学讲义》(1964)、《量子场论讲义》(1966)、《量子论的发展》(1971)、《希耳伯特空间中的旋量。(1974)、《广义相对论》(1975)、《物理学的方向》(1978)等。

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