创举丨《量子怪才》：走进量子物理学界“谢耳朵”的怪异人生

走进量子物理学界“谢耳朵”的怪异人生

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精华笔记 

保罗·狄拉克是量子力学创始人之一，他提出了狄拉克方程，开创了量子电动学，31岁时获得诺贝尔物理学奖。

1902年8月8日，保罗·狄拉克出生于英国西南大城市布里斯托尔。保罗的童年没有童趣，只有压抑和孤独。保罗的父亲查尔斯·狄拉克在家里总是板着脸，非常严厉。保罗5岁进小学读书，才能够摆脱家里的压抑气氛。

小学毕业后，保罗就读于他父亲所在的商校，相当于中国的中专。在同学的眼里，保罗是一个怪人，他留了一头浓密的卷发，穿老式的灯笼裤。他与同学也玩不到一起去，常常到图书馆自习。

在中学里，保罗的物理、化学和数学成绩都遥遥领先，他在理工科上的优势也延续到大学，商校毕业后，保罗选择了布尔斯特尔大学的工程系。在大学里，保罗的物理和数学成绩一直名列前茅。

1921年，保罗以一等荣誉佳绩从布尔斯特尔大学工程系毕业，他向剑桥大学圣约翰学院递交了入学申请，并顺利通过了考试。但因为学费问题，他没能如愿入学剑桥。

幸好布尔斯特尔大学数学系的哈塞教授非常赏识保罗，为保罗提供了一个在数学系读书的机会，并允许直接进入二年级。两年后，保罗再次以一等荣誉的资质从布尔斯特尔大学毕业，他再次申请剑桥大学，并获得足额奖学金，如愿进入剑桥大学。

保罗的导师是量子理论大师拉尔夫·福勒。福勒对这个学生很满意，常常提出一些非常前沿的问题让他研究，保罗对导师也很满意。第二年保罗就完成了5篇论文，他将非交换代数引入量子力学研究，提出了狄拉克括号，并给学生讲演原子理论。

1926年，保罗顺利完成学位论文，获得剑桥大学的博士学位，经导师福勒的推荐，论文在皇家学会论文集上刊发。这是首篇以量子力学为题的博士论文。论文一经发表就在量子力学界引起轰动。

毕业后，保罗用皇家委员会给的奖学金开始了他的欧洲之旅，去了世界著名的尼尔斯·波尔建立的在哥本哈根的实验室。

在哥本哈根的6个月，保罗的收益是巨大的，首先他阐明了海森堡与薛定谔在量子理论上的关系，他发现了两者是可以统一的。其次，保罗提出了“场”的概念，实现了经典理论与量子理论的统一。

1927年2月，保罗离开哥本哈根到哥廷根大学的波恩实验室合作研究。他在哥廷根的收获要少得多，做过几次报告但是没有多大的影响。

结束了欧洲之旅之后，保罗回到剑桥，获得一个教师的席位。入职后，保罗选定的研究目标是描述电子行为的相对论方程。当时很多人都在做这项研究，有人提出了可能的方程，但保罗对它们都不满意，他认为，解决这个问题不可能用第一性原理的方法，即由事实归纳出公式的方法，而应该采用从上而下的方法，即从这个领域中的最基本原理出发推导出需要的公式。

经过了一次又一次的尝试，大约在两个月后，保罗突然想到一个很有可能的方程，这个方程用一种新型波代替薛定谔波来描述电子的行为，既符合狭义相对论，又符合量子力学。

1928年元旦刚过，福勒将保罗论证这个公式的论文寄给皇家协会，一个月后又寄了一个第二篇论文，增加了一些细节与推论。二月初，在第一篇论文即将发表时，保罗将这个公式的推论寄给哥廷根的波恩，哥廷根的同行们看到后大吃一惊，同时产生深深的沮丧：这次又让保罗争了个先。2月论文发表，可以说整个量子力学界为之轰动。

然而新方程也带来了新问题。根据这个方程，能量会有负值，而且会有正电子，这两个推断在当时是完全不被接受的。因此要让物理界接受这个方程，保罗面临着很多挑战。

为了解释狄拉克方程导出的负能量，保罗提出了磁单极子、反电子和反质子的存在，这样狄拉克方程一切都圆满了。之后，人们从宇宙射线的照片和卡文迪许云室的实验，证实了正电子的存在，也证实了反电子和反质子的存在，于是狄拉克方程的实验证实也完成了。

1930年2月，保罗当选为英国皇家学会会士。1932年7月，剑桥大学又宣布保罗将接替75岁的约瑟夫·拉莫尔成为卢卡斯讲席教授，这是剑桥大学最荣誉的地位。1933年的11月9日，保罗与薛定谔分享1933年的诺贝尔物理学奖。

1934年9月，保罗利用学术休假到美国普林斯顿高等研究院工作，认识了匈牙利物理学家尤金·格维纳的妹妹曼茜。而后两人的交往慢慢加深。1935年1月，曼茜回到匈牙利布达佩斯，她坚持每周给保罗写信，而保罗无动于衷。但曼茜没有放弃，她一次次创造与保罗相处的机会。慢慢地，保罗感觉自己已经离不开曼茜。1937年，两人在伦敦市中心办理了结婚登记，之后曼茜一直在保罗的身边，他们育有两个女儿。

二战前后正值保罗学术发展鼎盛时期，时代也在保罗身上留下了痕迹。他的好友苏联人卡皮查回到苏联后被软禁起来，他参加了营救行动。在原子弹研发中，保罗担任了英国制造原子弹项目的顾问。

即使在战争年月，保罗也认认真真地履行剑桥教授的义务，直到67岁时，到了卢卡斯讲席教授退休年龄才放下教鞭。

退休后，保罗带着曼茜与孩子移居美国，最终选择在佛罗里达州的塔拉哈西定居，他加入佛罗里达州立大学，在那里度过最后的14年，于1984年逝世，安葬在塔拉哈西玫瑰草坪公墓。

书名：《量子怪才》

作者：[英] 格雷厄姆· 法梅洛

撰稿人：韩正之（上海交大教授、博士生导师）

编辑：阿柑 马云琪 郭琛

主播：晟焕

制作：匀绮工作室

监制&运营：郑涵 莫钦然

总编辑：赵雅楠