保(bao)羅·狄(di)拉(la)克(ke),1902年8月(yue)8日出(chu)生在英格蘭(lan)西南部的布(bu)里斯(si)(si)托,成(cheng)長在畢(bi)曉普斯(si)(si)頓區的城市。他(ta)的父親,查(cha)爾(er)斯(si)(si)·埃(ai)卓恩·拉(la)迪(di)斯(si)(si)拉(la)斯(si)(si)·狄(di)拉(la)克(ke),是(shi)一個曾在布(bu)里斯(si)(si)托教(jiao)書的法文老師,從(cong)(cong)瑞士(shi)瓦萊州的圣(sheng)莫里斯(si)(si)移民到英國(guo)。他(ta)的母(mu)親,佛羅倫(lun)斯(si)(si)·漢娜·狄(di)拉(la)克(ke)原姓(xing)霍爾(er)滕是(shi)一位(wei)船長的女兒,曾在布(bu)里斯(si)(si)托中央(yang)圖書館擔任(ren)圖書管理員(yuan)。保(bao)羅有一個妹妹,叫阿特麗斯(si)(si)·伊莎貝爾(er)·瑪格麗特,大(da)家(jia)稱她為貝蒂(di),還(huan)有一個哥哥,雷金納(na)德(de)·查(cha)爾(er)斯(si)(si)·費(fei)利(li)克(ke)斯(si)(si),大(da)家(jia)叫他(ta)費(fei)利(li)克(ke)斯(si)(si)。費(fei)利(li)克(ke)斯(si)(si)在1925年3月(yue)自殺。狄(di)拉(la)克(ke)后來回憶說:“我(wo)的父母(mu)非常痛心。我(wo)不知(zhi)道他(ta)們這(zhe)么在乎...我(wo)從(cong)(cong)來不知(zhi)道父母(mu)應該照顧自己的孩(hai)子,但自從(cong)(cong)這(zhe)件事后,我(wo)了解這(zhe)件事。”
查爾斯和他(ta)(ta)的(de)孩(hai)子們注冊的(de)是瑞(rui)士國籍,直到1919年(nian)10月22日(ri)才歸化為英國籍。狄拉克的(de)父親(qin)雖(sui)然他(ta)(ta)不贊成體罰,但卻是一個嚴格和專(zhuan)制(zhi)的(de)人。狄拉克與他(ta)(ta)的(de)父親(qin)的(de)關系很緊張,以至于在他(ta)(ta)父親(qin)死后,他(ta)(ta)寫道:“我覺得我更自由了(le),我要做(zuo)我自己。”查爾斯為了(le)使他(ta)(ta)的(de)孩(hai)子學習法語,強迫他(ta)(ta)們只能說法語。但狄拉克發現,他(ta)(ta)無法用法語表達他(ta)(ta)想說的(de)話,所以他(ta)(ta)選擇保持沉默(mo)。
狄拉克第(di)一(yi)(yi)次受(shou)教育(yu)是在(zai)主教路小學(xue)(xue)(xue)(xue),然后(hou)在(zai)男子商人合(he)營技(ji)術學(xue)(xue)(xue)(xue)院(yuan)(后(hou)來(lai)的(de)考瑟(se)姆學(xue)(xue)(xue)(xue)校)就讀。他的(de)父親在(zai)那里(li)是一(yi)(yi)位法語老師。這(zhe)所學(xue)(xue)(xue)(xue)校是布里(li)斯托大學(xue)(xue)(xue)(xue)內的(de)附(fu)屬機構(gou),他們(men)共享場地和人員。這(zhe)所大學(xue)(xue)(xue)(xue)強(qiang)調技(ji)術課程,如瓦工、制(zhi)鞋、金屬工作(zuo)和現代(dai)語言。在(zai)當時仍然主要致力于經典文學(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)英國中等教育(yu)里(li),這(zhe)是一(yi)(yi)個(ge)不尋常的(de)安排(pai)。后(hou)來(lai)狄拉克曾對(dui)這(zhe)些安排(pai)表(biao)示感激。
之后狄拉(la)克(ke)(ke)在布里斯(si)托大學(xue)工(gong)程學(xue)院學(xue)習電機工(gong)程。盡管最喜(xi)歡(huan)的科目是數學(xue),狄拉(la)克(ke)(ke)后來聲稱工(gong)程教育對(dui)他影響深遠:
“原先,我(wo)(wo)只對完全正確的(de)(de)方程(cheng)感興趣。然而(er)我(wo)(wo)所接受的(de)(de)工程(cheng)訓練教導(dao)我(wo)(wo)要容許近似(si)(si),有(you)時候我(wo)(wo)能(neng)夠從(cong)這(zhe)些(xie)理論中(zhong)發現驚(jing)人的(de)(de)美,即使它是以近似(si)(si)為基(ji)礎...如果沒有(you)這(zhe)些(xie)來(lai)(lai)自(zi)工程(cheng)學的(de)(de)訓練,我(wo)(wo)或(huo)許無法在后來(lai)(lai)的(de)(de)研究作(zuo)出(chu)任(ren)何(he)成果...我(wo)(wo)持續在之后的(de)(de)工作(zuo)運用(yong)這(zhe)些(xie)不完全嚴謹的(de)(de)工程(cheng)數學,我(wo)(wo)相信你們可以從(cong)我(wo)(wo)后來(lai)(lai)的(de)(de)文章中(zhong)看(kan)出(chu)來(lai)(lai)...那些(xie)要求所有(you)計算推導(dao)上(shang)完全精(jing)確的(de)(de)數學家(jia)很(hen)難在物(wu)理上(shang)走得很(hen)遠(yuan)。”
就在(zai)1921年(nian)獲(huo)得學位的(de)(de)前不(bu)久(jiu),他(ta)參加了劍橋大(da)學圣(sheng)約翰學院的(de)(de)入學測驗。他(ta)通過入學考試(shi)并獲(huo)得一筆70英(ying)(ying)鎊的(de)(de)獎(jiang)學金,然而這不(bu)足以(yi)支付在(zai)劍橋就讀及生活(huo)所需的(de)(de)龐大(da)金額。盡(jin)管以(yi)第(di)一級榮譽工程(cheng)(cheng)學士的(de)(de)成績畢業,在(zai)當時(shi)英(ying)(ying)國戰后經濟(ji)衰退的(de)(de)環境下仍無法找到工程(cheng)(cheng)師(shi)的(de)(de)工作。因(yin)此(ci),他(ta)選擇接受免學費攻讀布里斯托大(da)學數學學士學位的(de)(de)機會(hui)。由于已完成的(de)(de)工程(cheng)(cheng)學位,他(ta)被(bei)允許抵免第(di)一年(nian)的(de)(de)課程(cheng)(cheng)。
1923年(nian)狄拉克再度以第(di)一級(ji)榮譽的(de)成績畢業并獲得140英(ying)(ying)鎊的(de)獎學金。加上來(lai)自約翰學院(yuan)的(de)70英(ying)(ying)鎊,這筆(bi)錢足夠他在劍橋居住與求(qiu)學。
原(yuan)先,狄拉(la)克(ke)(ke)希望研究一直以(yi)來(lai)感興趣的(de)(de)相對論(lun)(lun),然而在拉(la)爾夫·福(fu)勒的(de)(de)指導下,狄拉(la)克(ke)(ke)開始接(jie)觸原(yuan)子理(li)(li)論(lun)(lun)。福(fu)勒將原(yuan)子理(li)(li)論(lun)(lun)中最新的(de)(de)概念如(ru)尼爾斯·玻爾等人(ren)的(de)(de)理(li)(li)論(lun)(lun)介(jie)紹給(gei)了狄拉(la)克(ke)(ke),對此狄拉(la)克(ke)(ke)曾回(hui)憶(yi)到:
“還記得我(wo)(wo)(wo)頭一回看到(dao)玻爾的(de)理(li)論(lun),我(wo)(wo)(wo)相(xiang)當驚訝...讓人(ren)驚奇的(de)是(shi)(shi)在(zai)特定的(de)條件下,我(wo)(wo)(wo)們居(ju)然能將牛頓定律用在(zai)原子里(li)的(de)電(dian)子。第一個條件是(shi)(shi)忽略電(dian)子輻(fu)射,第二則(ze)是(shi)(shi)放(fang)入量(liang)子條件。我(wo)(wo)(wo)仍記得很清楚,玻爾的(de)理(li)論(lun)當時(shi)給(gei)了(le)我(wo)(wo)(wo)多大的(de)震撼。我(wo)(wo)(wo)相(xiang)信在(zai)發展量(liang)子力學(xue)上,玻爾引(yin)入的(de)這個概念是(shi)(shi)最(zui)大的(de)突破。”
之(zhi)后(hou)狄拉克(ke)也(ye)嘗試(shi)著將玻爾的(de)(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論作延伸。1925年維(wei)爾納·海(hai)森堡(bao)提(ti)出了(le)著眼(yan)于可(ke)觀察的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)理(li)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論,當中(zhong)牽涉(she)到矩(ju)陣相乘的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不可(ke)交換性。狄拉克(ke)起初對此并不特別(bie)欣賞,然而約莫兩個星期之(zhi)后(hou),他(ta)意(yi)識到當中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不可(ke)交換性帶有重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)意(yi)義,并且發現了(le)經典力(li)(li)學中(zhong)泊松括號與海(hai)森堡(bao)提(ti)出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)矩(ju)陣力(li)(li)學規則的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相似(si)之(zhi)處。基于這(zhe)項(xiang)發現,他(ta)得出更明確的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量子化規則(即正則量子化)。這(zhe)份名為《量子力(li)(li)學》的(de)(de)(de)(de)(de)(de)論文(wen)發表于1926年,狄拉克(ke)也(ye)憑借(jie)這(zhe)項(xiang)工(gong)作獲得博(bo)士學位。
同時埃(ai)爾溫·薛(xue)定(ding)諤(e)以物質波(bo)的波(bo)方(fang)程(cheng)提(ti)出了自己(ji)的量子(zi)理(li)論。狄拉克(ke)很快(kuai)地發現到海森堡(bao)與(yu)薛(xue)定(ding)諤(e)兩人的理(li)論是彼此互補的,并開始研究起(qi)薛(xue)定(ding)諤(e)的波(bo)動力學。
1926年(nian)9月,在(zai)福勒(le)的(de)建議之(zhi)下,狄拉(la)(la)克(ke)前往位于哥本哈根的(de)尼(ni)爾(er)斯·玻爾(er)研(yan)究(jiu)所作了(le)一段時間的(de)研(yan)究(jiu)。在(zai)哥本哈根的(de)這段期間,狄拉(la)(la)克(ke)持續量(liang)(liang)子力(li)學(xue)(xue)(xue)的(de)研(yan)究(jiu),發展出了(le)涵蓋波動(dong)力(li)學(xue)(xue)(xue)與(yu)矩陣力(li)學(xue)(xue)(xue)的(de)廣義(yi)理論。這個方法與(yu)經典哈密(mi)頓力(li)學(xue)(xue)(xue)理正則變(bian)換相(xiang)類似,允許使用不同組的(de)變(bian)量(liang)(liang)基底(di)。此外,為了(le)處理連續的(de)變(bian)量(liang)(liang),狄拉(la)(la)克(ke)引入了(le)新的(de)數(shu)學(xue)(xue)(xue)工具—狄拉(la)(la)克(ke)δ函數(shu)。
狄拉克也(ye)開(kai)始研究(jiu)輻(fu)射(she)理(li)(li)論。在(zai)他(ta)的(de)(de)文章“吸收和放出輻(fu)射(she)的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)(liang)子理(li)(li)論”中(zhong),他(ta)運用二次量(liang)(liang)(liang)(liang)子化(hua)的(de)(de)技巧將(jiang)波函數量(liang)(liang)(liang)(liang)子化(hua),進一步將(jiang)光子輻(fu)射(she)與玻色-愛因斯坦統計連結起來。在(zai)這個方(fang)法(fa)中(zhong),粒子集合的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)(liang)子態(tai)是以(yi)其粒子在(zai)各(ge)能態(tai)中(zhong)的(de)(de)分布來表示(shi),并以(yi)粒子的(de)(de)創造(zao)與消滅來對量(liang)(liang)(liang)(liang)子態(tai)作改變。狄拉克展(zhan)示(shi)了(le)兩種(zhong)方(fang)法(fa)是等(deng)價的(de)(de),將(jiang)電磁(ci)場(chang)(chang)以(yi)光子處(chu)理(li)(li)或將(jiang)場(chang)(chang)作量(liang)(liang)(liang)(liang)子化(hua)。事(shi)實上,這個工作引發了(le)新的(de)(de)物理(li)(li)課(ke)題—量(liang)(liang)(liang)(liang)子場(chang)(chang)論,而二次量(liang)(liang)(liang)(liang)子化(hua)則成為后來量(liang)(liang)(liang)(liang)子電動(dong)力學的(de)(de)基礎。
1927年2月狄(di)拉克來到哥廷根,在此他待了幾個(ge)月并結識了赫爾曼·外爾、馬(ma)克斯(si)·玻恩、羅(luo)伯特·奧本(ben)海默等(deng)人。
二次大(da)戰開(kai)戰之后(hou),由(you)于缺乏足夠的教(jiao)職人(ren)員,狄拉(la)(la)克(ke)(ke)在教(jiao)學上(shang)的負擔加重。另(ling)外,他(ta)還(huan)必(bi)須指(zhi)導(dao)許多研(yan)(yan)究生(sheng)。在之前,狄拉(la)(la)克(ke)(ke)一(yi)(yi)向(xiang)試圖避免這類(lei)的責(ze)任(ren),而更傾向(xiang)獨(du)自(zi)一(yi)(yi)人(ren)作研(yan)(yan)究。 其(qi)中(zhong)(zhong)的例外是(shi)在1930到1931年接手指(zhi)導(dao)了福勒的學生(sheng)錢(qian)德拉(la)(la)塞卡,以及(ji)1935到1936年因為馬克(ke)(ke)斯·玻恩(en)離開(kai)劍橋去了愛(ai)丁堡(bao)而收了兩(liang)個原先玻恩(en)指(zhi)導(dao)的學生(sheng)。一(yi)(yi)生(sheng)之中(zhong)(zhong),狄拉(la)(la)克(ke)(ke)所指(zhi)導(dao)的學生(sheng)不到十二人(ren)(大(da)部分(fen)在1940、50年代)。
戰爭期間,狄拉克投(tou)入研發同位(wei)素分(fen)離法以取得鈾235。這在原子(zi)能的應用上是極關鍵的技術。他(ta)與(yu)彼得·卡皮查嘗試(shi)開發用離心機將氣(qi)體(ti)混(hun)合(he)物分(fen)離的方(fang)法,但其實驗后來因卡皮查受(shou)困俄國(guo)而(er)停擺。
1941年,狄拉克(ke)與牛津大學法(fa)蘭西斯·西蒙的團隊(dui)展開合作,提供了許(xu)多對于統計方(fang)法(fa)的實用意見。這些(xie)方(fang)法(fa)在(zai)今日人(ren)們依(yi)然(ran)在(zai)使用。
此外,他還是(shi)伯明翰團(tuan)隊在計算臨界質量上的非正式顧問。
1984年,狄(di)(di)拉克(ke)在(zai)佛羅里達州塔拉哈西過(guo)世,并埋葬于當(dang)地的(de)羅斯蘭(lan)公墓。狄(di)(di)拉克(ke)童(tong)年在(zai)布里斯托所居住的(de)房子掛上了藍色牌(pai)匾(bian),房子所在(zai)的(de)道路(lu)也被命名為狄(di)(di)拉克(ke)路(lu)以彰(zhang)顯他與這個(ge)地區的(de)聯(lian)結。當(dang)地主教(jiao)路(lu)小學的(de)墻上掛上了一(yi)塊(kuai)牌(pai)子,秀出了狄(di)(di)拉克(ke)最著名的(de)狄(di)(di)拉克(ke)方程。
1991年(nian)8月1日,狄拉克(ke)(ke)父親家鄉的(de)圣莫里斯花園立(li)起了紀念石(shi)。1995年(nian)11月13日,一(yi)塊以伯靈頓綠色板巖作為原料并刻(ke)上了狄拉克(ke)(ke)方(fang)程的(de)紀念石(shi)板在(zai)西敏寺首次亮(liang)相。牧師團(tuan)長愛德華·卡彭(peng)特(te)曾因狄拉克(ke)(ke)是無神論(lun)者而(er)反對(dui)此事,其意見被置之不理。
1975年,狄拉(la)克(ke)(ke)在新(xin)南威爾士(shi)大學(xue)給了(le)一系(xi)列五個(ge)演講(jiang)。這系(xi)列演講(jiang)后來集結出版(ban)成了(le)《物(wu)理(li)學(xue)的(de)方向》(1978年)一書。他將這本書的(de)版(ban)稅捐給新(xin)南威爾士(shi)大學(xue)設立了(le)狄拉(la)克(ke)(ke)系(xi)列講(jiang)座。狄拉(la)克(ke)(ke)銀質獎章便(bian)是在這個(ge)場合下(xia)由校方所(suo)頒發的(de)獎項。
在(zai)(zai)狄拉(la)(la)克(ke)去世之后,立即有(you)兩個研(yan)究機構設了年(nian)(nian)度獎(jiang)(jiang)項來紀念狄拉(la)(la)克(ke):英國物(wu)理(li)學會頒(ban)發狄拉(la)(la)克(ke)獎(jiang)(jiang)章和(he)獎(jiang)(jiang)金(jin)以表揚“在(zai)(zai)理(li)論(包含數學和(he)計算方法(fa))物(wu)理(li)上的(de)(de)杰(jie)出貢(gong)獻”。最初的(de)(de)三個獲獎(jiang)(jiang)人分別為史蒂芬·霍(huo)金(jin)(1987年(nian)(nian))、約(yue)翰·斯圖爾特·貝爾(1988年(nian)(nian))和(he)羅(luo)杰(jie)·彭(peng)羅(luo)斯(1989年(nian)(nian));國際(ji)理(li)論物(wu)理(li)中(zhong)心(International Centre for Theoretical Physics,簡稱:ICTP)在(zai)(zai)每年(nian)(nian)8月8日(ri)(狄拉(la)(la)克(ke)的(de)(de)生(sheng)日(ri))頒(ban)發ICTP狄拉(la)(la)克(ke)獎(jiang)(jiang)章。另外,英國物(wu)理(li)學會在(zai)(zai)布里斯托的(de)(de)出版總部取(qu)名作(zuo)狄拉(la)(la)克(ke)樓。
佛(fo)羅里達州立(li)大(da)學的狄拉克-赫爾曼獎是由(you)布魯斯·赫爾曼博士(狄拉克最(zui)后一個(ge)博士學生)于1997年(nian)所設立(li)以獎勵該(gai)校(xiao)理論物理研究人員的杰出表(biao)現(xian)。
位(wei)于佛(fo)羅里達州(zhou)(zhou)立大學(xue)(xue)的(de)保(bao)羅·狄拉克(ke)科學(xue)(xue)圖書(shu)館,1989年由曼(man)琪所成立。狄拉克(ke)生前的(de)論文都收藏于此(ci),館外則設(she)有其銅像。佛(fo)羅里達州(zhou)(zhou)塔拉哈西國家強磁實驗室所在的(de)那(nei)條(tiao)(tiao)路被命名為(wei)“Paul Dirac Drive”。而(er)在他的(de)家鄉(xiang)布里斯托,迪(di)高特鎮上的(de)一(yi)條(tiao)(tiao)路被命名為(wei)“Dirac Way”。英國廣播公司將其開發的(de)一(yi)種(zhong)影像壓縮格式以(yi)狄拉克(ke)命名。
狄拉克因創(chuang)立有效(xiao)的、新(xin)型式的原子理論而(er)獲得(de)1933年的諾貝爾物理學獎。
狄拉(la)克(ke)發展了量子力學,提出了著名(ming)的(de)狄拉(la)克(ke)方程(cheng),并且(qie)從理論(lun)上預言(yan)了正電子的(de)存在。
狄拉克(ke)原來從事(shi)相對論動力(li)學的(de)研(yan)究,自從1925年海森伯訪(fang)問劍橋(qiao)大學以后,狄拉克(ke)深受影(ying)響,把精力(li)轉向量子力(li)學的(de)研(yan)究。
1928年他把相(xiang)(xiang)(xiang)對論引進了(le)量子(zi)(zi)(zi)力(li)學,建立(li)了(le)相(xiang)(xiang)(xiang)對論形式的(de)(de)(de)(de)薛(xue)定諤方(fang)(fang)程(cheng),也(ye)(ye)就(jiu)是(shi)著(zhu)名的(de)(de)(de)(de)狄拉(la)克(ke)(ke)(ke)方(fang)(fang)程(cheng)。這(zhe)一(yi)(yi)(yi)(yi)方(fang)(fang)程(cheng)具有(you)(you)兩個(ge)(ge)特(te)點:一(yi)(yi)(yi)(yi)是(shi)滿足相(xiang)(xiang)(xiang)對論的(de)(de)(de)(de)所有(you)(you)要求,適用于運動速度無論多(duo)快(kuai)電(dian)子(zi)(zi)(zi);二是(shi)它能自(zi)動地導(dao)出電(dian)子(zi)(zi)(zi)有(you)(you)自(zi)旋的(de)(de)(de)(de)結論。這(zhe)一(yi)(yi)(yi)(yi)方(fang)(fang)程(cheng)的(de)(de)(de)(de)解很特(te)別,既(ji)包(bao)括正(zheng)能態,也(ye)(ye)包(bao)括負(fu)能態。狄拉(la)克(ke)(ke)(ke)由此做(zuo)出了(le)存在正(zheng)電(dian)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)預言(yan),認為(wei)正(zheng)電(dian)子(zi)(zi)(zi)是(shi)電(dian)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)鏡像,它們(men)具有(you)(you)嚴(yan)格相(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量,但是(shi)電(dian)荷(he)符號相(xiang)(xiang)(xiang)反(fan)。狄拉(la)克(ke)(ke)(ke)根據這(zhe)個(ge)(ge)圖象,還預料存在著(zhu)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)電(dian)子(zi)(zi)(zi)和(he)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)正(zheng)電(dian)子(zi)(zi)(zi)互(hu)相(xiang)(xiang)(xiang)湮滅(mie)(mie)放出光(guang)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)過程(cheng);相(xiang)(xiang)(xiang)反(fan),這(zhe)個(ge)(ge)過程(cheng)的(de)(de)(de)(de)逆過程(cheng),就(jiu)是(shi)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)光(guang)子(zi)(zi)(zi)湮滅(mie)(mie)產(chan)生出一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)電(dian)子(zi)(zi)(zi)和(he)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)正(zheng)電(dian)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)過程(cheng)也(ye)(ye)是(shi)可(ke)能存在的(de)(de)(de)(de)。1932年,美國物理(li)學家(jia)安德森(sen)(1923-)在研究宇宙(zhou)射(she)線簇(cu)射(she)中(zhong)高能電(dian)子(zi)(zi)(zi)徑跡(ji)的(de)(de)(de)(de)時候,奇怪地發現(xian)強磁場中(zhong)有(you)(you)一(yi)(yi)(yi)(yi)半(ban)電(dian)子(zi)(zi)(zi)向(xiang)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)方(fang)(fang)向(xiang)偏轉,另一(yi)(yi)(yi)(yi)半(ban)向(xiang)相(xiang)(xiang)(xiang)反(fan)方(fang)(fang)向(xiang)偏轉,經過仔細辨認,這(zhe)就(jiu)是(shi)狄拉(la)克(ke)(ke)(ke)預言(yan)的(de)(de)(de)(de)正(zheng)電(dian)子(zi)(zi)(zi)。后來很快(kuai)又發現(xian)了(le)γ射(she)線產(chan)生電(dian)子(zi)(zi)(zi)對,正(zheng)、負(fu)電(dian)子(zi)(zi)(zi)碰(peng)撞(zhuang)“湮滅(mie)(mie)”成光(guang)子(zi)(zi)(zi)等(deng)現(xian)象,全面印證了(le)狄拉(la)克(ke)(ke)(ke)預言(yan)的(de)(de)(de)(de)正(zheng)確性。狄拉(la)克(ke)(ke)(ke)的(de)(de)(de)(de)工作,開創了(le)反(fan)粒子(zi)(zi)(zi)和(he)反(fan)物質(zhi)的(de)(de)(de)(de)理(li)論和(he)實驗研究。
狄(di)(di)拉克是(shi)量子輻射理(li)(li)(li)論的(de)(de)創始人(ren),曾(ceng)經和費米各自獨立發(fa)(fa)現了費米-狄(di)(di)拉克統計法。狄(di)(di)拉克還在(zai)美國(guo)佛羅里(li)達(da)州(zhou)立大學(xue)發(fa)(fa)表過大量有(you)關(guan)宇宙(zhou)學(xue)方(fang)面的(de)(de)論文(wen),推動宇宙(zhou)學(xue)研究(jiu)的(de)(de)發(fa)(fa)展。特別值得一提的(de)(de)是(shi),狄(di)(di)拉克早在(zai)本(ben)世(shi)紀三十年代(dai),就(jiu)從(cong)理(li)(li)(li)論上提出(chu)可(ke)能(neng)(neng)存在(zai)磁(ci)單(dan)(dan)極的(de)(de)預言。近代(dai)物(wu)理(li)(li)(li)學(xue)來(lai)有(you)關(guan)磁(ci)單(dan)(dan)極的(de)(de)理(li)(li)(li)論研究(jiu)和實驗(yan)探測(ce)取得了迅(xun)速發(fa)(fa)展。1982年國(guo)外(wai)已有(you)報道,宣稱有(you)人(ren)發(fa)(fa)現了磁(ci)單(dan)(dan)極存在(zai)的(de)(de)證(zheng)據。當然(ran),假如真能(neng)(neng)從(cong)實驗(yan)上證(zheng)實磁(ci)單(dan)(dan)極存在(zai),一定會(hui)引(yin)起物(wu)理(li)(li)(li)理(li)(li)(li)論的(de)(de)深(shen)刻變(bian)化。
總結起來,狄(di)拉克(ke)對物(wu)理學(xue)(xue)的主要貢獻是(shi):給出(chu)描述(shu)相對論性費米粒(li)子(zi)(zi)的量(liang)子(zi)(zi)力(li)(li)學(xue)(xue)方程(狄(di)拉克(ke)方程),給出(chu)反粒(li)子(zi)(zi)解;預言磁單(dan)極;費米—狄(di)拉克(ke)統(tong)計。另外在(zai)量(liang)子(zi)(zi)場論尤其是(shi)量(liang)子(zi)(zi)電動力(li)(li)學(xue)(xue)方面(mian)(mian)也作(zuo)出(chu)了奠基(ji)性的工作(zuo)。在(zai)引(yin)力(li)(li)論和(he)引(yin)力(li)(li)量(liang)子(zi)(zi)化方面(mian)(mian)也有杰出(chu)的工作(zuo)。
到了1927年,由(you)于許多開創性的工作,狄(di)(di)拉克已成了科學界中知名的人物。證據就是他受(shou)到邀(yao)請參加了第(di)五屆索爾維會(hui)議(電子與(yu)光子)。同(tong)年,狄(di)(di)拉克被(bei)選為(wei)圣約翰學院(yuan)院(yuan)士(shi),并在1929年被(bei)任(ren)命為(wei)數(shu)學物理的高級講師。 此時,狄(di)(di)拉克正著手(shou)電子的相對(dui)論性量子理論。當時雖然已經有了克萊因-戈爾登方程,但狄(di)(di)拉克認為(wei)問(wen)題并未被(bei)解(jie)決。這個(ge)方程可能給出負值的概(gai)率(lv),量子力學對(dui)概(gai)率(lv)的詮釋無法解(jie)釋這個(ge)問(wen)題。
就在1928年狄(di)(di)(di)拉(la)克(ke)(ke)(ke)(ke)提(ti)出了描(miao)(miao)述(shu)電(dian)子(zi)的(de)(de)(de)相對(dui)論性方(fang)程(cheng)(cheng)——狄(di)(di)(di)拉(la)克(ke)(ke)(ke)(ke)方(fang)程(cheng)(cheng),并(bing)獨(du)立于(yu)沃爾(er)夫岡·泡利的(de)(de)(de)工作(zuo)發現(xian)了描(miao)(miao)述(shu)自(zi)旋的(de)(de)(de)2x2矩(ju)陣(zhen)。亞伯拉(la)罕(han)·派斯曾引述(shu)狄(di)(di)(di)拉(la)克(ke)(ke)(ke)(ke)如此說道:“我(wo)相信我(wo)獨(du)立得到了它(自(zi)旋矩(ju)陣(zhen)),泡利也許也是獨(du)立于(yu)我(wo)得到這個結(jie)果(guo)。” 然而狄(di)(di)(di)拉(la)克(ke)(ke)(ke)(ke)方(fang)程(cheng)(cheng)與(yu)克(ke)(ke)(ke)(ke)萊因-戈登方(fang)程(cheng)(cheng)有相同的(de)(de)(de)問題,存在無(wu)法解(jie)釋(shi)的(de)(de)(de)負(fu)能量解(jie)。這促使狄(di)(di)(di)拉(la)克(ke)(ke)(ke)(ke)預測電(dian)子(zi)的(de)(de)(de)反(fan)粒子(zi)——正(zheng)電(dian)子(zi)的(de)(de)(de)存在。他詮釋(shi)正(zheng)電(dian)子(zi)來自(zi)于(yu)填(tian)滿電(dian)子(zi)的(de)(de)(de)狄(di)(di)(di)拉(la)克(ke)(ke)(ke)(ke)之(zhi)海。正(zheng)電(dian)子(zi)于(yu)1932年由卡爾(er)·安德森在宇宙(zhou)射線中觀(guan)察到而證(zheng)實。狄(di)(di)(di)拉(la)克(ke)(ke)(ke)(ke)方(fang)程(cheng)(cheng)同時(shi)能夠解(jie)釋(shi)自(zi)旋是作(zuo)為一種相對(dui)論性的(de)(de)(de)現(xian)象。
由(you)于(yu)恩里科·費米在(zai)(zai)1934年的(de)β衰變理論牽涉到粒子(zi)的(de)毀滅與(yu)創造,使狄(di)(di)拉(la)克(ke)方(fang)(fang)程(cheng)詮(quan)釋作(zuo)任意自旋(xuan)?/2之(zhi)點粒子(zi)的(de)場(chang)(chang)方(fang)(fang)程(cheng),其中場(chang)(chang)量子(zi)化的(de)過(guo)程(cheng)包(bao)含了反交(jiao)換律。因(yin)此在(zai)(zai)1934年,海(hai)森堡將狄(di)(di)拉(la)克(ke)方(fang)(fang)程(cheng)重新詮(quan)釋作(zuo)所有基(ji)本粒子(zi)(夸(kua)克(ke)與(yu)輕子(zi))的(de)場(chang)(chang)方(fang)(fang)程(cheng)——狄(di)(di)拉(la)克(ke)場(chang)(chang)方(fang)(fang)程(cheng)。在(zai)(zai)理論物理中,這個(ge)場(chang)(chang)方(fang)(fang)程(cheng)處于(yu)與(yu)麥(mai)克(ke)斯(si)韋方(fang)(fang)程(cheng)、楊-米爾斯(si)規范理論、愛因(yin)斯(si)坦(tan)場(chang)(chang)方(fang)(fang)程(cheng)同等核心的(de)地位。狄(di)(di)拉(la)克(ke)被視(shi)作(zuo)量子(zi)電動力學的(de)奠(dian)基(ji)者,也是第(di)一(yi)個(ge)使用量子(zi)電動力學這個(ge)名詞的(de)人。
另外在1930年代早期(qi),他也提(ti)出了真空極化的(de)(de)概念。對(dui)于下(xia)一個世代的(de)(de)理論學(xue)(xue)者施溫(wen)格、費曼、朝永(yong)振一郎、戴(dai)森等人(ren)而言(yan),這個工作是量(liang)子電動(dong)力學(xue)(xue)發展的(de)(de)關鍵(jian)。
1930年(nian)(nian)狄拉(la)(la)克(ke)(ke)出(chu)版了他的(de)(de)量(liang)子(zi)(zi)力(li)學(xue)著作(zuo)著作(zuo)《量(liang)子(zi)(zi)力(li)學(xue)原理》,這是(shi)物理史上重要的(de)(de)里程碑(bei),至今仍是(shi)量(liang)子(zi)(zi)力(li)學(xue)的(de)(de)經典教材。在(zai)這本(ben)書(shu)(shu)中(zhong),狄拉(la)(la)克(ke)(ke)將海森堡(bao)在(zai)矩(ju)陣力(li)學(xue)以及薛定(ding)諤在(zai)波動力(li)學(xue)的(de)(de)工作(zuo)整合成(cheng)一個數(shu)(shu)學(xue)體系,當中(zhong)連結了可觀測量(liang)與希(xi)爾(er)伯(bo)特空間中(zhong)作(zuo)用子(zi)(zi)的(de)(de)關系。書(shu)(shu)中(zhong)也介紹(shao)了量(liang)子(zi)(zi)力(li)學(xue)中(zhong)廣(guang)泛應用的(de)(de)狄拉(la)(la)克(ke)(ke)δ函數(shu)(shu)。延(yan)續狄拉(la)(la)克(ke)(ke)在(zai)1939年(nian)(nian)的(de)(de)文章,1939年(nian)(nian)他在(zai)此書(shu)(shu)第(di)三(san)版中(zhong)加入了他的(de)(de)數(shu)(shu)學(xue)符號系統(tong)(tong)——狄拉(la)(la)克(ke)(ke)符號。直到今天,狄拉(la)(la)克(ke)(ke)符號仍然是(shi)最廣(guang)泛使用的(de)(de)一套(tao)量(liang)子(zi)(zi)力(li)學(xue)符號系統(tong)(tong)。
1932年狄(di)拉(la)(la)克(ke)(ke)接替約(yue)瑟夫·拉(la)(la)莫爾(er)(er)(er)擔任劍(jian)橋大學盧卡斯數學教授。1933年狄(di)拉(la)(la)克(ke)(ke)與薛(xue)定諤共(gong)同獲(huo)得諾(nuo)貝爾(er)(er)(er)物理(li)獎(jiang)(jiang)。他(ta)卻對盧瑟福說,他(ta)不想出名,他(ta)想拒絕這(zhe)個(ge)榮(rong)譽。盧瑟福對他(ta)說:“如(ru)果你(ni)這(zhe)樣做,你(ni)會更出名,人家更要來麻(ma)煩(fan)你(ni)。” 1933年12月12日,狄(di)拉(la)(la)克(ke)(ke)在斯德哥爾(er)(er)(er)摩發(fa)表了諾(nuo)貝爾(er)(er)(er)獎(jiang)(jiang)得獎(jiang)(jiang)演說,題(ti)目為“電子(zi)(zi)與正(zheng)電子(zi)(zi)的理(li)論”。
1931年在(zai)(zai)一篇“量(liang)子化電(dian)磁場中的(de)(de)奇點”的(de)(de)文章中,狄(di)拉(la)克探討了磁單(dan)極(ji)這個想(xiang)法。1933年,延續(xu)了其1931年的(de)(de)論文,狄(di)拉(la)克證明(ming)了單(dan)一磁單(dan)極(ji)的(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)就足以(yi)解釋電(dian)荷的(de)(de)量(liang)子化。在(zai)(zai)1975年、1982年以(yi)及2009年都有研究結果指出(chu)磁單(dan)極(ji)可能存(cun)在(zai)(zai)。但到(dao)目前(qian)為止,仍沒有磁單(dan)極(ji)存(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)直(zhi)接證據。即(ji)使(shi)如此(ci),某(mou)些大統(tong)一理(li)論仍包含磁單(dan)極(ji),用(yong)于解釋宇宙結構的(de)(de)形成。狄(di)拉(la)克的(de)(de)磁單(dan)極(ji)是第一次將拓樸學的(de)(de)概念用(yong)于處理(li)物理(li)問(wen)題。
在(zai)1937年(nian),狄拉克提(ti)出了(le)大數(shu)(shu)假說。他(ta)(ta)比(bi)較了(le)兩個(ge)不帶量(liang)綱的(de)量(liang)值:基本作用力(在(zai)此為引力與(yu)電磁力)的(de)比(bi)值與(yu)宇宙年(nian)齡的(de)尺度,發(fa)現兩者(zhe)皆落在(zai)約39個(ge)數(shu)(shu)量(liang)級(ji)。狄拉克猜測(ce)這(zhe)可能并非巧合(he),兩者(zhe)或許存在(zai)某種關聯性。參考了(le)愛德(de)華·亞瑟·米爾恩(en)的(de)理論,允(yun)許引力常數(shu)(shu)隨時間改變。基于這(zhe)些假設,他(ta)(ta)設計了(le)一個(ge)自己的(de)宇宙學的(de)模型。