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90年前,相对论和量子力学第一次会师

 昵称11935121 2018-06-01


相对论和量子力学是上个世纪最伟大的物理学进展。尽管统一广义相对论和量子力学的理论至今仍未有定论,但是早在90年前的1928年,狭义相对论就与量子力学第一次胜利会师。而一手导演这次会师的,正是伟大的物理学家保罗·狄拉克。

90年前,相对论和量子力学第一次会师

伟大的物理学家狄拉克

在风云激荡的20世纪初,量子精英们先后登场——这些极具创造性的理论物理学家和勇于开拓的实验科学家们一道将人类对自然界的认识付之一炬,而又以量子的形式浴火重生。然而,相比于爱因斯坦的“渣男”形象、沃尔夫冈·泡利的过于严厉、薛定谔的绯闻缠身、海森堡和约尔当与纳粹洗不净的干系、古德施密特的力学不及格等等,狄拉克可以说是群星中最纯粹最美好的哪一个。他低调而严谨,和爱妻伉俪情深是一时的佳话;他集量子力学之大成,写出了堪比牛顿的《原理》的《量子力学基本原理》一书,成为了人类第一本量子力学专著的作者;同时,他又结合了狭义相对论和量子力学,让这两个伟大的学科第一次胜利会师,取得了辉煌的战果。

90年前,相对论和量子力学第一次会师

90年前,相对论和量子力学第一次会师

似乎没有人敢

像狄拉克这样给自己的论文起这么宏大名字

薛定谔建立的薛定谔方程是一个非相对论性的方程,它并不适用于高能高速的粒子。因此,若想建立更好的量子力学,就要把狭义相对论结合进来。瑞典物理学家克莱因和德国物理学家高登做了尝试性工作,但是却得到了一些在当时看来很荒谬的结果。而狄拉克则利用他高超的数学技巧和物理直觉,成功建立了相对论性量子力学,也就是我们今天常说的狄拉克方程。随后,狄拉克更进一步,用他过人的洞察力,从方程的负能解中预言了反粒子的存在。不久之后,正电子的发现验证了这一预言。但是,相对论量子力学归根结底,还只是一个半成品,它还有很多难以解决的问题。不过,从相对论量子力学出发,量子电动力学得以顺利建立。因此,我们今天常常称狄拉克为量子力学的创始人之一,而是量子电动力学的创始人没有之一。后来费曼、朝永、施温格等人的工作都是基于狄拉克的开拓性工作。

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少年子弟江湖老

杨振宁先生曾试图研究某个领域,但是他正要做的时候,却发现狄拉克早已做过类似的工作,因此对狄拉克钦佩不已。他认为狄拉克的研究堪称艺术品,更是以“秋水文章不染尘”这样的佳句赞美狄拉克的《量子力学基本原理》一书。直到今天,还有很多人认为,狄拉克是上世纪仅次于爱因斯坦的伟大科学家。

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