狄拉克量子力学 狄拉克与量子力学原理

    狄拉克(1902—1984)是英国物理学家。1902年8月8日诞生于英格兰布里斯托尔。是他量子力学的创始人之一。狄拉克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。 狄拉克在职业学校上中学,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。

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年周天才有两种。

一种是普通的天才,他们的成就其他人也可以做到,只要他足够的努力并且有一点好运。另一种是超常的天才(数学家MarkKac称他们为“魔术师”)。他们有着惊人的、不遵常理的洞察力,很难有其他人能达到那一种智慧。

爱因斯坦就是这样一类天才。1984年辞世的保罗·狄拉克也是一位超常的天才,他的方程预示了反物质的存在,他可以说是继牛顿之后英国最伟大的理论物理学家。狄拉克在23岁时成为量子力学的创始人之一。该理论是在二十世纪二三十年代发展起来的,提出了很多看起来很古怪的论断,其中包括世界是不可能被完全了解的基本事实。

但是当他的同事还在被方程的哲学含义而困扰时,狄拉克认为语言是危险的,而只注重数学上的价值。对他而言,方程是美丽的。

随着年龄的增长,他愈发确认没是通往真理的向导。他认为基础物理是可以从优雅的数学中拾取的,这一观点现已渗入到整个探索自然的领域。 欧洲政局的混乱导致了二战,也分裂了原本完整的欧洲学术环境。

量子力学就是诞生于这样的环境中。狄拉克和这场冲突中的每一方都保持着忠实的朋友关系。他曾试图营救被苏联政权扣押的俄罗斯物理学家PeterKapitza,但没有成功。他还真诚地对待被怀疑为纳粹拥护者的德国物理学家WernerHeisenberg。

狄拉克是出了名的沉默。他很少讲话,安静成了他的标签。他不愿与人争执。他情感上孤僻,似乎丧失了对社会的敏感。在他的很多同事看来,他对数学之外的事物毫无兴趣,以致当他结婚时同事们都感到惊讶。

然而,就像GrahamFarmelo为他作的传中所说的,狄拉克不仅仅是一个无趣的计算器。他很喜欢看连环画和米老鼠电影,后来还迷上了一个美国女歌手Cher。 Farmelo充满同情地描述了狄拉克不幸的家庭背景。

他的父母似乎憎恨着对方,他的哥哥是自杀身亡的。狄拉克把哥哥的死这归结为父亲的错,当然他父亲的某些行为也证实了这一点。在狄拉克赢得了剑桥大学的两项奖学金时,他只需要5英镑就可以离开这个地方了。

他的父亲给了儿子这笔钱,让他认为是父亲让他开始自己的事业。后来狄拉克才了解到事实。在他父亲于1936年逝世后,他才发现那重要的5英镑并不是父亲给的,而是当地的一个教育机构,但是他父亲积攒了7500英镑,相当于他年薪的15倍。

狄拉克因为发现反物质而赢得了1933年的诺贝尔物理学奖。在那群发展量子力学和改革物理学的年轻人中,他的确是最出色的一个。保罗·狄拉克是奇怪世界中的一个奇怪的人。

这篇迟到的传记也是最受欢迎的。 狄拉克出生于英格兰西南部的布里斯托,在布里斯托大学取得电子工程和数学两个学位之後,於1926年在剑桥大学取得博士学位。 贡献 他对物理学的主要贡献是:给出描述相对论性费米粒子的量子力学方程(狄拉克方程),给出反粒子解;预言磁单极;费米—狄拉克统计。

另外在量子场论尤其是量子电动力学方面也作出了奠基性的工作。在引力论和引力量子化方面也有杰出的工作。 著作 他一生著作不少.

他的《量子力学原理》,一直是该领域的权威性经典名著,甚至有人称之为「量子力学的圣经」。 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。 他的主要著作有《量子力学原理》于1930年出版。