沉默到极致的人,发现了最美方程,改变了整个物理世界的结构

B站影视 电影资讯 2025-03-25 06:32 1

摘要:他是个沉默到极致的人,以至于同行打趣他,说“一个狄拉克”的计量单位,等于一小时说一个词。但就是这么一个人,安静坐着,就能改变整个物理世界的结构。

他是个沉默到极致的人,以至于同行打趣他,说“一个狄拉克”的计量单位,等于一小时说一个词。但就是这么一个人,安静坐着,就能改变整个物理世界的结构。

1928年,保罗·狄拉克写下了一条等式,只有一行,却像劈开物理学世界的雷电,既逼近爱因斯坦,也刺穿了牛顿的残影。

这条等式兼容了量子力学和相对论,第一次把电子的行为精确描述在任意速度下。后来人们叫它:狄拉克方程

这不是为了炫技。这是真正的“美”。他自己说,宇宙的规律应该是“漂亮数学”的体现。

但狄拉克没想到的是,他写下的不是一条等式,而是一扇门,通向一个他也没能完全预测的宇宙:反物质的宇宙。他本来只是想解决电子的相对论性问题。结果方程的解里,蹦出一个幽灵:一个正电荷但质量和电子一模一样的粒子——正电子。

别人都觉得这不可能。电子怎么会有负能量解?按经典物理,不存在负能量的自由粒子。

但狄拉克说,存在一个“负能量海”,里面填满了负能态电子。当一个正能态电子出现,它相当于从海里跳出来,留下一个“空位”。这个空位,由于排斥别的电子填进去,只能以“反电子”的形式存在——正电子就这样在纸面上诞生了。

没有任何实验依据,只靠一行数学,提出了整个宇宙的镜像版本。那一年,他不过26岁。

没人信他。波尔问他:“你真的相信这套说法?”狄拉克只回了一句:“我不认为有什么结论可以把它驳倒。”

三年后,卡尔·安德森在云室实验中发现了它。一个正电荷粒子,在磁场中划出和电子完全相反的轨迹。他命名它为 positron。

狄拉克的纸上幽灵变成了现实。

他得到了诺贝尔奖。和薛定谔一起拿的,理由是对原子理论的贡献。他不想领奖,讨厌被关注。但有人提醒他:“你不去领奖,媒体会写得更多。”于是他勉强答应。

他31岁,已经站在物理学的珠穆朗玛上。

他的人生,一开始像是一段禁锢。他父亲是瑞士人,严苛到病态。孩子必须讲法语,吃饭时必须和他单独进餐。哥哥妹妹可以和母亲说英语一起吃饭。狄拉克吃错法语词性就要被罚站。哪怕胃里翻江倒海,也不能动。

他说:“既然我无法用法语表达自己,那我干脆选择沉默。”

他真的沉默了一辈子。

同事们私下定义了“一个狄拉克”:一小时说一个词。他不是社恐,他只是从小被训练得近似绝育式地压抑。他不是不会交流,他只是发现语言不能准确表达宇宙的律法。

他原本学的是工程,被父亲逼的。但他不是干工程的人。一到工厂就出事,还被评为“危险人物”。

第一次世界大战,反而成了他的转机。大学空出了位置,他得以快速完成数学学位。后来转入剑桥,进了拉尔夫·福勒的门下。福勒的课讲的是玻尔原子模型,那是他第一次感受到宇宙的规则不只是混沌和偶然,而是可以被刻在纸上的。

再后来,海森堡提出了矩阵力学,薛定谔推演出波动力学。两套理论看似不同,却描述的是同一个量子世界。

狄拉克看着那一地宝石,想的不是收集,而是要打磨出一把全新的剑。

他做到了。

他的狄拉克方程不只是解释了电子的行为,还天然地带出了自旋——粒子的内禀角动量。薛定谔那边,怎么也讲不通电子为什么有1/2自旋,狄拉克这边,水到渠成。

而自旋,是整个量子场论的基础。没有这个概念,粒子物理的标准模型根本无法建立。

后来整个物理学都建立在他的地基上。

但他自己并不满足。

晚年在佛罗里达州立大学任教,他说:“我的人生是个失败。”学生皮埃尔·拉蒙听到这话,感觉像被一根棒球棍从背后砸中。他说,如果连狄拉克都觉得自己失败,我们这些凡人算什么?

狄拉克的自责并不是虚伪。他真的不满意量子力学没能彻底解释电子与光子的相互作用。那时候还没发展出重整化机制,QED(量子电动力学)一算就发散,出来个无穷大。他觉得这样不优雅,不干净。

这个世界可以有无尽复杂,但不应该允许脏乱。

他一生信奉“数学的美就是物理的真”。所以他说:“上帝是个非常高阶的数学家。”上帝写的宇宙,不是诗,不是祷文,是一组对称精美的数式。人类能读懂这些等式,是唯一的奇迹。

他的人生,有悲剧的成分。他哥哥在24岁自杀,只因为被父亲逼迫做自己不爱的工程。他多年后才说:“我那时候才知道,原来父母是会在乎孩子的。”

他从没真正社交。晚年唯一的乐趣是园艺。他喜欢播种、浇水、修剪,看着植物按某种秩序成长。跟他的科学追求没两样。他的爱情,也是物理学家才有的表达。他写给妻子的信里说:“我不爱你。我从未爱过任何人,所以我不理解这种情感。但我想和你一起生活。”这就是他的“我愿意”。

他最终定居美国,但他的方程,刻在了英国威斯敏斯特教堂的石板上,和牛顿、达尔文、霍金并列。那个方程,本质上,是时间和空间的配方,是现实与虚无的接口,是人类第一次在纸上看见镜子里的自己。

它说,世界是对称的。但现实却是,我们这个宇宙并不是物质和反物质对等的。按理说,大爆炸之后应该各占一半,然后全部湮灭,剩下的只有辐射。

但我们还在这里。意味着:某一刻,对称被打破了。宇宙掷骰子,抛弃了反物质,留下了我们。

没人知道这是偶然,还是另有深意。狄拉克没有解释这件事。他只把那面镜子擦亮了,让后人去看。这也许就是他伟大的方式。悄无声息,却不可或缺。

他不需要说话。方程自己会说话。

来源:老胡科学

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