狄拉克是科學(xué)史上獨(dú)特的存在。他以獨(dú)一無二的研究風(fēng)格投身于理論物理學(xué)領(lǐng)域近60年：他將直覺、想象力、直線式邏輯與強(qiáng)大的數(shù)學(xué)融合在一起。這總是令人困惑，他是如何做到的？而他為人沉默寡言，在成果創(chuàng)造性爆發(fā)后，他對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)逐漸失望并遠(yuǎn)離了主流學(xué)界，更成為一名孤獨(dú)的思想者。但是人們?nèi)砸淮斡忠淮蔚貜乃奈恼轮屑橙〉届`感，邁向他早已標(biāo)定好的路線。孤獨(dú)者狄拉克，永不獨(dú)行。
撰文 | 格雷厄姆·法梅洛（Graham Farmelo）保羅·狄拉克（Paul Dirac）常被稱為“理論家中的理論家”，他害羞、沉默、似乎缺乏同理心，是科學(xué)界典型的孤獨(dú)者。狄拉克晚年時(shí)，有物理學(xué)家突然打電話給他，問他是否愿意就其文章里的想法談?wù)?，他?huì)堅(jiān)決打斷對(duì)方并說：“我認(rèn)為人們應(yīng)該研究自己的想法”，然后掛斷電話。狄拉克最著名的貢獻(xiàn)是發(fā)展了量子力學(xué)——始于海森伯（Werner Heisenberg）和薛定諤（Erwin Schr?dinger）1925年的工作，而當(dāng)時(shí)狄拉克只有23歲。在關(guān)于這一理論早期的文章中，狄拉克的論文脫穎而出，就像弗里曼·戴森（Freeman Dyson）所說：“他那些偉大的發(fā)現(xiàn)就像精雕細(xì)琢的大理石雕塑，一座接一座地從天而降?！?span style="color: rgb(136, 136, 136);font-family: -apple-system, system-ui, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;letter-spacing: 0.544px;text-align: left;outline: 0px;background-color: rgb(255, 255, 255);font-size: 12px;">[1]盡管狄拉克作為科學(xué)魔術(shù)師而廣受尊敬，但是許多物理學(xué)家——特別是德國柏林和哥廷根的一些物理學(xué)家（量子力學(xué)的許多基礎(chǔ)論文誕生在那里）一一覺得他的語言令人費(fèi)解，他的論證難以捉摸，還有他的態(tài)度冷漠而疏遠(yuǎn)。愛因斯坦也是那些深感困惑的人之一，“我搞不懂狄拉克。在天才和瘋子之間令人炫目的小路上保持平衡，太厲害了。（I have trouble with Dirac. This balancing on the dizzying path between genius and madness is awful.）”玻爾（Niels Bohr）對(duì)狄拉克印象深刻，但他也感到困惑，因?yàn)榈依藢?duì)于新理論所帶來的哲學(xué)問題無動(dòng)于衷，還說狄拉克是“訪問過我研究所中的最奇怪的人”。[2]狄拉克那獨(dú)一無二的個(gè)性以及對(duì)待理論物理的態(tài)度都源于他在英國西南部最大城市布里斯托的成長(zhǎng)經(jīng)歷。據(jù)他自己所說，他度過了一個(gè)缺愛，沒有朋友的悲慘童年，但在科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程學(xué)方面接受了充分的教育。在21歲生日8周后，狄拉克來到了劍橋大學(xué)開始攻讀博士學(xué)位——雖然當(dāng)時(shí)他對(duì)于現(xiàn)代物理學(xué)的了解并不全面，但是他已經(jīng)擁有電氣工程和應(yīng)用數(shù)學(xué)兩個(gè)學(xué)士學(xué)位。他是一個(gè)極其不尋常的學(xué)生，一個(gè)準(zhǔn)備在科學(xué)上留下獨(dú)特印記的局外人，很少有人能猜到，他會(huì)注定成為20世紀(jì)英國最富成就的學(xué)者。
狄拉克后來說，他從未擁有過童年。據(jù)他對(duì)早年的回憶，他的家庭生活十分痛苦——沒人能夠幸免，主要是因?yàn)樗菍鄰?qiáng)橫的教師父親，在父親堅(jiān)持下，家里幾乎不能接待訪客，還要求孩子們只能用法語跟他講話。吃飯的時(shí)候，一家人會(huì)被分開：狄拉克和他的父親在前屋，只能用法語交談，而他的媽媽和兄妹在廚房，只講英語。一篇寫于1933年的經(jīng)過詳細(xì)考察的報(bào)道稱，狄拉克小時(shí)候認(rèn)為男人和女人說不同的語言。紀(jì)律嚴(yán)明的父親會(huì)因細(xì)小的語法錯(cuò)誤而懲罰他，甚至不讓他上廁所。狄拉克回憶說，他認(rèn)為沉默是避免懲罰的最好方法。這也解釋了為什么他不愿講話，除非有很好的理由。左：狄拉克的母親佛羅倫斯（Florence）和三個(gè)孩子，照片由他的父親于1909年4月9日拍攝【左一為保羅·狄拉克，此時(shí)不到7歲；右一是哥哥菲利克斯（Felix），母親懷中是妹妹貝蒂（Betty）】。右圖（攝于1910年）為狄拉克的父親查爾斯（Charles），他1866年出生于瑞士，后于1919年10月22日加入英國國籍，自此他的孩子也成為英國公民，而之前保羅·狄拉克的官方國籍是瑞士。圖片來源：Courtesy of Florida State University, Paul A. M. Dirac Collection.
狄拉克在小學(xué)時(shí)就表現(xiàn)不錯(cuò)，但算不上非常特別【他的一個(gè)同學(xué)是阿奇·利奇（Archie Leach），成了后來著名演員加里·格蘭特（Cary Grant）】。狄拉克升入高中后就開始嶄露頭角了。那時(shí)正值一戰(zhàn)期間，許多男孩都去參加武裝部隊(duì)，而他們留下的尖子班的空缺得以讓像狄拉克這樣聰明的學(xué)生迅速取得進(jìn)步。這所高中給狄拉克提供了一流的實(shí)踐教育，允許他不學(xué)拉丁語、希臘語和其他不太可能對(duì)找工作有用的科目。他幾乎每門課都非常優(yōu)秀，尤其是在數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)制圖方面。在十幾歲的時(shí)候，狄拉克就已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于班上的其他同學(xué)，并且開始思考空間和時(shí)間的本質(zhì)，盡管那時(shí)他對(duì)相對(duì)論還一無所知。同學(xué)們覺得他性格古怪、孤僻；有人形容他是“一個(gè)身材瘦高，穿著燈籠褲，留著卷發(fā)而不像英國人的男孩”。狄拉克的數(shù)學(xué)老師，因?yàn)椴荒懿贾贸瞿茏屗恢睂Ｗ⒌淖鳂I(yè)而感到絕望，于是決定邀請(qǐng)狄拉克學(xué)習(xí)黎曼幾何，而后者欣然接受了邀請(qǐng)。在狄拉克16歲的時(shí)候，他準(zhǔn)備去上大學(xué)，由于并不明確自己要學(xué)什么專業(yè)，他決定加入哥哥的行列，去讀布里斯托大學(xué)讀工程學(xué)。狄拉克孜孜不倦地研究理論工作，但是他在實(shí)驗(yàn)室中卻表現(xiàn)出無可救藥般的笨拙，大部分的下午時(shí)間狄拉克都在焊接電路、操作車床、測(cè)量橫梁載荷或忙于其他學(xué)生工程師必備的技能。盡管很忙碌，但是狄拉克仍需要一個(gè)挑戰(zhàn)。果不其然，它在1919年晚些時(shí)候出現(xiàn)了，這是在他們一家放棄瑞士國籍成為英國公民后不久，正如狄拉克所說，愛因斯坦的廣義相對(duì)論“突然震驚世界”。當(dāng)時(shí)最新的日食觀測(cè)數(shù)據(jù)似乎證明，在描述太陽（引力場(chǎng)）致使光線彎曲方面，愛因斯坦的理論要優(yōu)于牛頓理論——他和他的同學(xué)們對(duì)這一則轟動(dòng)性的新聞感到非常的興奮。【參見Daniel Kennefick在Physics Today發(fā)表的文章（2009.3）】但對(duì)于狄拉克來說，他很難找到這個(gè)大新聞背后蘊(yùn)含的東西，關(guān)于理論的細(xì)節(jié)很少，大部分關(guān)于愛因斯坦工作的小冊(cè)子都沒什么實(shí)質(zhì)內(nèi)容、會(huì)誤導(dǎo)人，甚至經(jīng)常是錯(cuò)誤的。當(dāng)參加了哲學(xué)家查理·布羅德（Charlie Broad）開設(shè)的一門關(guān)于科學(xué)思想的課程后，狄拉克想了解更多細(xì)節(jié)的愿望得到了滿足，因?yàn)檎n程重點(diǎn)介紹了愛因斯坦的狹義和廣義相對(duì)論。布羅德曾在劍橋接受過自然哲學(xué)訓(xùn)練，他在總結(jié)新思想方面很有天賦，總能精確并生動(dòng)地表達(dá)出來。（他會(huì)把精心準(zhǔn)備的講義中的每句話讀兩遍，里面的笑話他會(huì)讀三遍。）用數(shù)學(xué)形式表達(dá)，由此能夠猜測(cè)自然定律，這一基本思想方式深深吸引了狄拉克的想象力。在17歲的時(shí)候，他踏上了成為理論物理學(xué)家的道路。1921年7月，狄拉克獲得一等榮譽(yù)學(xué)位，但很快他也得到了一份“失業(yè)證書”。當(dāng)時(shí)英國經(jīng)濟(jì)不景氣，就業(yè)機(jī)會(huì)稀缺，狄拉克參加了幾次面試，最后都不了了之。一位他在工程系的講師大衛(wèi)·羅伯特森（David Robertson）主動(dòng)為他安排了免費(fèi)的大學(xué)數(shù)學(xué)課程，并跳過了第一學(xué)年。在他的純粹數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)期間，狄拉克聽了皮特·弗雷澤（Peter Fraser）的課程。弗雷澤一生從未寫過一篇研究論文，卻是一位非凡的老師——狄拉克后來說，這是他遇到過最好的老師。弗雷澤熱衷于射影幾何——研究在特殊變換下不變的幾何性質(zhì)，這是一門與幾何繪圖密切相關(guān)的學(xué)科，狄拉克一直研究了近十年。雖然關(guān)于純數(shù)學(xué)的講座是狄拉克的最愛，但他把大部分時(shí)間花在了應(yīng)用數(shù)學(xué)課程上，用牛頓力學(xué)解決了很多問題。他也參加了幾次關(guān)于相對(duì)論的講座，他可能比講者懂得更多。當(dāng)?shù)依擞?923年10月來到劍橋攻讀博士學(xué)位時(shí)，校方知道他們迎來了一個(gè)不同尋常的學(xué)生。布里斯托的一位“智力星探”在他的一份報(bào)告中說：“（狄拉克）有點(diǎn)笨手笨腳，喜歡坐著思考，簡(jiǎn)直是一個(gè)隱士，不愛開玩笑，并且經(jīng)濟(jì)上十分拮據(jù)?！钡依嗽谌雽W(xué)考試中的優(yōu)異表現(xiàn)給學(xué)校留下深刻的印象，學(xué)校迫切地想要給他一個(gè)研究生名額（他原本都沒有資格參加本科生課程，因?yàn)樗葲]學(xué)過拉丁語也沒學(xué)過希臘語。）雖然在知識(shí)方面還有很大欠缺，甚至沒學(xué)過麥克斯韋方程，但狄拉克在數(shù)學(xué)方面顯示出過人的天賦，并有著一位訓(xùn)練有素的工程師所必備的專業(yè)技能和鑒別力。狄拉克本來想從相對(duì)論開始他的研究生涯，所以當(dāng)他被告知導(dǎo)師是統(tǒng)計(jì)力學(xué)和量子理論專家的拉爾夫·福勒（Ralph Fowler）時(shí)，他感到很失望。然而，狄拉克很快意識(shí)到，他擁有的是劍橋最好的導(dǎo)師之一——一位人脈廣泛、善于鼓勵(lì)、有能力發(fā)現(xiàn)能駕馭的問題的人。狄拉克迅速而富有想象力地解決了福勒提出的問題，從而確立了自己一流學(xué)生的地位。他還在業(yè)余時(shí)間繼續(xù)研究射影幾何，并尋找各種經(jīng)典理論的相對(duì)論版本來滿足他對(duì)狹義相對(duì)論的胃口。從他給家里寫的那些極為簡(jiǎn)潔的明信片上，我們可以看出狄拉克似乎心滿意足。但是在1925年的春天，當(dāng)聽到他哥哥服下氰化鉀自殺的消息后，狄拉克遭受了極其嚴(yán)重的打擊，盡管當(dāng)時(shí)他們兄弟倆已經(jīng)疏遠(yuǎn)了。狄拉克對(duì)這次悲劇的最初反應(yīng)并沒有被記錄下來，這件事一直是個(gè)痛苦難言的話題，他和妻子都不愿多言。但他也確實(shí)和親密的朋友談過，他把哥哥的死歸咎于他們恃強(qiáng)凌弱的父親。此后一段時(shí)間狄拉克的效率急劇下降，直到那年夏天回到布里斯托，他幾個(gè)月沒有發(fā)表任何東西。在假期快要結(jié)束時(shí)，他收到了一份來信，里面的內(nèi)容改變了他的一生。信是福勒寄來的，里面有一篇文章的校樣副本，這篇文章現(xiàn)在被認(rèn)為是海森伯發(fā)表的第一篇關(guān)于量子力學(xué)的文章。[3]起初，狄拉克認(rèn)為內(nèi)容太復(fù)雜，便將其擱置一旁。但大約兩周后，他的注意力被文中幾行附帶的話吸引了，海森伯指出他的理論有一個(gè)明顯的缺陷，那就是位置和動(dòng)量這兩個(gè)變量不對(duì)易，不過他暗示這個(gè)問題并非不可克服。在接下來的幾個(gè)星期里，狄拉克把注意力都放在這句話上，并意識(shí)到它蘊(yùn)含了量子力學(xué)的關(guān)鍵。通過類比于經(jīng)典力學(xué)的泊松括號(hào)，狄拉克構(gòu)建了自己版本的量子力學(xué)，而泊松括號(hào)對(duì)確定動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的時(shí)間演化起重要作用。他關(guān)于這個(gè)主題的第一篇論文《量子力學(xué)的基本方程》（The Fundamental Equations of Quantum Mechanics）[4]，給海森伯、馬克斯·玻恩（Max Born）和他們?cè)诟缤⒏耐聜兞粝铝松羁痰挠∠蟆?0年后，海森伯在英國廣播公司（BBC）的一次采訪中說，當(dāng)時(shí)他們中沒有人聽說過狄拉克，但猜到他是一流的數(shù)學(xué)家。照片攝于1927年狄拉克25歲時(shí)，他背后的樹出現(xiàn)在照片里可能不是巧合：狄拉克從他的蘇聯(lián)朋友伊戈?duì)枴に罚↖gor Tamm）那里學(xué)了點(diǎn)東西——狄拉克喜歡爬樹，還常穿著套裝。圖片來源：Courtesy of Florida State University, Paul A. M. Dirac Collection.
狄拉克早期關(guān)于量子力學(xué)的論文以極為深刻的洞察力和優(yōu)雅的風(fēng)格著稱。其中許多論文至今看起來仍令人耳目一新，極具現(xiàn)代感。1920年代中后期，自然之書似乎在他面前敞開：他發(fā)表了一篇又一篇偉大的論文，共同發(fā)現(xiàn)量子變換理論和量子場(chǎng)論、色散理論、密度矩陣和空穴理論，并做出其他幾項(xiàng)開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。學(xué)者們對(duì)狄拉克有如此之多的真知灼見百思不得其解，但他們并未從狄拉克那里獲得太多信息，直到20世紀(jì)60年代，狄拉克才開始談?wù)撍脑缙诠ぷ?。在一次評(píng)論中，他打開話匣，說他在最早的論文中使用了射影幾何；他之所以沒有在論文中提及這些數(shù)學(xué)知識(shí)，部分原因是他認(rèn)為其他物理學(xué)家對(duì)此并不熟。1971年，羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）在波士頓大學(xué)的一次演講中要求狄拉克解釋他在這些論文中是如何使用幾何的，狄拉克輕輕地?fù)u了搖頭，拒絕了。不過，他還是在1963年的一次采訪中，在回顧自己學(xué)習(xí)工程學(xué)時(shí)，闡述了他關(guān)于δ函數(shù)的靈感來源：當(dāng)你想到……工程結(jié)構(gòu)，有時(shí)你會(huì)遇到分布載荷，有時(shí)你會(huì)遇到在某一點(diǎn)的集中載荷。嗯，本質(zhì)上是一樣的……但在這兩種情況下，你用了不同的方程。從根本上講，要把這兩種情況統(tǒng)一起來，某種程度上這就導(dǎo)出了δ函數(shù)。
或許在狄拉克創(chuàng)造性爆發(fā)中最大的亮點(diǎn)，是他1928年發(fā)表的關(guān)于電子的方程[5]。這個(gè)方程使量子力學(xué)和狹義相對(duì)論相容，能同時(shí)解釋粒子的自旋和磁矩。3年后，在他那篇關(guān)于磁單極子的開創(chuàng)性論文中，他順帶用這個(gè)方程預(yù)示了反電子（antielectron）的存在[6]。1931年秋天，在普林斯頓大學(xué)的一系列講座結(jié)束時(shí)，狄拉克幾乎直接預(yù)言了存在反電子，不過沒有證據(jù)表明他鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)家去尋找這種新粒子。1932年8月，加州理工學(xué)院的卡爾·安德森（Carl Anderson）首次發(fā)表了與電子質(zhì)量相同但電荷相反的粒子存在的證據(jù)，但他沒有提到狄拉克的工作。直到幾個(gè)月后，學(xué)界才意識(shí)到安德森發(fā)現(xiàn)了狄拉克預(yù)言的反電子。30年后，狄拉克帶著一種奧林匹克式的超然態(tài)度（這已成為他的標(biāo)志）說，他最大的滿足感不是來自反電子的發(fā)現(xiàn)，而是來自方程的正確性。這一成功的預(yù)言打動(dòng)了諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)，他們一直不愿給量子力學(xué)授獎(jiǎng)，因?yàn)樗皼]有獲得足夠的實(shí)驗(yàn)支持。1933年11月，也就是狄拉克成為劍橋大學(xué)盧卡斯教授一年多之后，諾貝爾委員會(huì)宣布狄拉克與薛定諤一起分享當(dāng)年的諾貝爾獎(jiǎng)，獎(jiǎng)金各自一半，并將1932年的諾貝爾獎(jiǎng)追溯授予海森伯。狄拉克成為當(dāng)時(shí)最年輕的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者【譯者注：理論方面，實(shí)驗(yàn)方面是25歲的勞倫斯·布拉格（William Lawrence Bragg）】，這個(gè)記錄直到1957年被李政道打破（只相差幾個(gè)月）。狄拉克獲得諾獎(jiǎng)的幾周之后，他提出了真空極化的想法，而他的黃金時(shí)期也走到了盡頭。他不再對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)（QED）著迷，該理論所預(yù)測(cè)的許多可觀測(cè)量是無窮大的，這使計(jì)算變得毫無意義，狄拉克對(duì)此深感困擾。1936年末，他短暫地將注意力轉(zhuǎn)向了宇宙學(xué)，提出了備受爭(zhēng)議的大數(shù)假說（large-numbers hypothesis）。該假說認(rèn)為，一些簡(jiǎn)單的線性方程將宇宙尺度的巨大數(shù)字聯(lián)系了起來（而不是巧合）。幾年后，狄拉克接受了詹姆斯·斯科特（James Scott）的邀請(qǐng)，就他的物理哲學(xué)進(jìn)行演講。他能接受邀請(qǐng)是相當(dāng)令人驚訝的，因?yàn)榈依斯_蔑視科學(xué)哲學(xué)。1963年，他將其描述為“只是一種談?wù)撘呀?jīng)取得的發(fā)現(xiàn)的方式”。但是狄拉克1939年2月在愛丁堡的那場(chǎng)關(guān)于“數(shù)學(xué)和物理之間的關(guān)系”的演講并沒有讓聽眾失望，他用淺顯平實(shí)的語言給出了深刻見解，全程沒有使用一個(gè)抽象的數(shù)學(xué)符號(hào)。[7]就連他的引言也直截了當(dāng)：“數(shù)學(xué)家玩的是自己發(fā)明規(guī)則的游戲，而物理學(xué)家玩的是大自然給出規(guī)則的游戲?！?/span>他建議理論物理學(xué)家應(yīng)該追求能最大可能體現(xiàn)數(shù)學(xué)之美的物理定律。不過，他沒有耐心回答一個(gè)顯然的問題，即客觀上什么構(gòu)成了這種審美品質(zhì)，“這是一種無法定義的品質(zhì)，就像藝術(shù)中的美不能被定義一樣，但研究數(shù)學(xué)的人不難欣賞它。”狄拉克后來說，他對(duì)所謂的數(shù)學(xué)之美原則的信仰，對(duì)他和他的朋友薛定諤來說“就像一種宗教”。在狄拉克研究方向改變的同時(shí)，他的個(gè)人生活也發(fā)生了一些重要事件。1936年6月，狄拉克的父親去世了，直到他生命的盡頭，狄拉克都在他的掌控之下。葬禮結(jié)束后，狄拉克松了一口氣：“我現(xiàn)在感覺自由多了；我覺得我現(xiàn)在是自己的主人了?！彼堰@些話寫給了他的密友瑪吉特·巴拉茲（Margit Balázs），她是他的匈牙利朋友和同事尤金·維格納（Eugene Wigner）的妹妹（當(dāng)時(shí)已離婚）。不到六個(gè)月的時(shí)間，她就與狄拉克結(jié)婚了。這是一個(gè)不可思議的結(jié)合，因?yàn)樗谠S多方面都與狄拉克截然相反——健談、合群、固執(zhí)己見。然而，這段婚姻還不錯(cuò)，他們生了兩個(gè)女兒，他們共同度過了近50年。狄拉克自詡為居家男人，熱衷于打理花園和草坪，但也仍致力于理論物理研究，只是與主流學(xué)界越來越疏遠(yuǎn)了。二戰(zhàn)期間，他曾擔(dān)任英國秘密研究核武器小組的顧問，并將部分時(shí)間用于發(fā)展他提出的想法：用無活動(dòng)部件的儀器分離同位素。而且他并未完全放棄理論物理研究。他是戰(zhàn)爭(zhēng)中少數(shù)幾個(gè)還在繼續(xù)研究QED的人之一，并與他的避難者同事薛定諤和泡利（Wolfgang Pauli）保持著聯(lián)系。瑪吉特·巴拉茲（Margit Balázs）是理論物理學(xué)家尤金·維格納的妹妹。照片攝于1932年，這是她在普林斯頓的一家餐廳第一次遇見狄拉克的兩年前。1937年1月他們?cè)趥惗亟Y(jié)婚。圖片來源：Courtesy of Florida State University, Paul A. M. Dirac Collection.
20世紀(jì)50年代早期，下一代理論家——特別是戴森、費(fèi)曼（Richard Feynman）、施溫格（Julian Schwinger）和朝永振一郎（Shinichiro Tomonaga）——發(fā)展了一套更為完備的QED理論，通過重整化系統(tǒng)地消除了麻煩的無窮大問題，理論與實(shí)驗(yàn)也非常吻合。但狄拉克卻不為所動(dòng)。當(dāng)戴森詢問他關(guān)于新理論有何看法時(shí)，狄拉克直言不諱地說，“如果這些新想法不是那么丑陋的話，我可能會(huì)認(rèn)為它們是對(duì)的?！?/span>狄拉克認(rèn)為，在更好地理解光子和電子之間的相互作用之前，試圖推動(dòng)粒子物理學(xué)的發(fā)展是愚蠢的。由于他幾乎忽視了弱相互作用和強(qiáng)相互作用方面的新成果，他逐漸脫離了學(xué)術(shù)圈，生產(chǎn)力也急劇下降。20世紀(jì)50年代末60年代初，當(dāng)他試圖建立引力的量子理論時(shí)，他在廣義相對(duì)論的哈密爾頓形式和束縛態(tài)的量子理論方面做了重要工作。這些都是很有分量的貢獻(xiàn)，但在大多數(shù)狄拉克的同事看來，他只是在他自己的科學(xué)死水中掙扎——他是一個(gè)值得尊敬的人，但不值得去傾聽。1969年，在從劍橋大學(xué)盧卡斯教授的職位上退休兩年后，他加入了位于塔拉哈西的佛羅里達(dá)州立大學(xué)物理系，并周游世界，主要就他的物理學(xué)哲學(xué)方法發(fā)表演講；他不厭其煩地指出他所認(rèn)為的QED的致命缺點(diǎn)，并敦促年輕的同事們發(fā)展一種革命性的理論，以取代這個(gè)他共同發(fā)現(xiàn)的理論。在1980年的演講“工程師和物理學(xué)家”中，狄拉克闡明了他為何堅(jiān)決反對(duì)QED。他的觀點(diǎn)源于他作為工程師所接受的訓(xùn)練，重整化需要一種任何有自尊的工程師都不會(huì)贊同的做法：在一系列近似實(shí)際的、可測(cè)量的量中忽略無窮項(xiàng)。在狄拉克看來，忽略方程中的無窮大的量是荒謬的。其他工程師可能會(huì)采取更實(shí)際的方法——它能否行之有效，與實(shí)驗(yàn)吻合，從而接受這個(gè)理論。然而狄拉克不能接受這一點(diǎn)，因?yàn)樗遣煌岔懙墓こ處煛粋€(gè)有著杰出純粹數(shù)學(xué)家情懷的工程師。他說：“工程師的主要問題是決定做出哪些近似。”一名優(yōu)秀的工程師會(huì)對(duì)可忽略項(xiàng)明智地、通常是憑直覺做出選擇?！氨缓雎缘捻?xiàng)必須很小，而且不能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生太大影響。他絕不能忽視那些不小的量。”1927年春天，馬克斯·玻恩和他的年輕同事們?cè)谒缤⒏业暮蠡▓@。狄拉克目不轉(zhuǎn)睛地讀著報(bào)紙，他在德國結(jié)識(shí)的朋友奧本海默（J. Robert Oppenheimer）也在這里（左四）。圖片來源：Courtesy of Florida State University, Paul A. M. Dirac Collection.
就像偉大的詩歌一樣，狄拉克的論文值得反復(fù)閱讀。研究人員一次又一次地發(fā)現(xiàn)，狄拉克論文中的思想和見解在首次發(fā)表時(shí)幾乎沒有什么影響。一個(gè)典型的例子是他1939年關(guān)于數(shù)學(xué)和物理關(guān)系的論文，這篇論文至今仍在普林斯頓高等研究院（IAS）的理論物理學(xué)家之間流傳。其中的一位，內(nèi)森·塞伯格（Nathan Seiberg）告訴我，“如果正文前的日期不是1939年，而是2009年，這篇文論也會(huì)同樣令人印象深刻?！?/span>在一段特別引人注目的章節(jié)中，狄拉克推測(cè)出宇宙最初的條件【甚至那是在1939年，他就接受了始于他的學(xué)生弗雷德·霍伊爾（Fred Hoyle）的理論，即后來所說的大爆炸】。狄拉克指出，如果宇宙僅僅遵循一組給定的初始條件平凡的運(yùn)動(dòng)方程，那么它不可能解釋地球豐富多樣的生命形式乃至宇宙本身所顯示的復(fù)雜性。而他認(rèn)為，量子力學(xué)可以將這種復(fù)雜性歸因于宇宙極早期的量子躍遷。狄拉克似乎已經(jīng)知道他偶然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)重要的洞見，他非常特別地以斜體字總結(jié)了出來：“量子躍遷現(xiàn)在成為自然現(xiàn)象中不可計(jì)算的部分，以取代舊機(jī)械論觀點(diǎn)中的初始條件。”（The quantum jumps now form the uncalcu-lable part ofnatural phenomena, to replace the initial conditions ofthe old mechanistic view.）塞伯格在IAS的同事尼瑪·阿卡尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）對(duì)我說：“這是一個(gè)驚人的見解。雖然狄拉克不知道宇宙演化的細(xì)節(jié)，比如現(xiàn)代的暴脹理論，但他對(duì)核心概念的理解是完全正確的。所以他有點(diǎn)像達(dá)爾文，即使他對(duì)內(nèi)在的遺傳學(xué)一無所知，他還是能提出自然選擇的演化理論?！?/span>阿卡尼-哈米德還強(qiáng)調(diào)了狄拉克的論文在技術(shù)性上對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)家的價(jià)值，包括弦理論家。20世紀(jì)70年代初，發(fā)展弦理論的年輕一代物理學(xué)家意識(shí)到他們正在追隨狄拉克的腳步。他不僅提出了拓展的物質(zhì)作為基本粒子的模型，而且在受約束的力學(xué)系統(tǒng)的量子化理論中，他還發(fā)展出理論學(xué)家理解相對(duì)論性弦論的量子動(dòng)力學(xué)所需的技術(shù)。20世紀(jì)70年代中期，當(dāng)物理學(xué)家們?cè)噲D理解磁單極子的性質(zhì)時(shí)——這在許多現(xiàn)代基本粒子理論中自然存在，他們發(fā)現(xiàn)狄拉克在1931年和1948年的論文中再次為人們?cè)O(shè)定好了路線[8]。約1958年狄拉克在普林斯頓高等研究院。他很喜歡干砍樹之類的體力活，還幫忙清理研究院附近樹林的小路。圖片來源：Courtesy of Monica Dirac
狄拉克似乎很少或根本沒有關(guān)注過早期的弦理論文章，也不理會(huì)1970年代物理學(xué)家的主流工作，即他們建立的標(biāo)準(zhǔn)模型。對(duì)QED的幻想破滅后，他專注于將廣義相對(duì)論與他的大數(shù)假說聯(lián)系起來。而且他知道許多物理學(xué)家認(rèn)為他是一個(gè)堅(jiān)持原則但古怪的人。盡管狄拉克不為所動(dòng)，但他有時(shí)也會(huì)士氣低落。毫無疑問，普林斯頓的物理學(xué)家約翰·惠勒（John Wheeler）注意到了這一點(diǎn)，在狄拉克80歲壽辰時(shí)，惠勒給他寫了一封特別貼心的短信：我寫信是想告訴你，我不確定你是否猜到了，許許多多年輕一代和老一輩學(xué)者都把你視為追求正直和美的英雄，正確行事的榜樣。[9]狄拉克將這封信存放在他的桌子里。不到兩年后，1984年10月20日，他因心力衰竭在塔拉哈西的家中逝世，他的妻子和護(hù)士守在床邊。他一直工作到最后，他對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)并沒有隨著他的離世而終結(jié)。像所有真正偉大的思想家一樣，他在身后仍為世界提供源源不斷的創(chuàng)造力。格雷厄姆·法梅洛（Graham Farmelo），理論物理學(xué)家，傳記作家、科普作家，倫敦自然博物館資深研究員。作品《量子怪才：保羅狄拉克傳》（The Strangest Man: The Hidden Life of Paul Dirac, Mystic of the Atom）獲2010年《洛杉磯時(shí)報(bào)》科技圖書獎(jiǎng)、2009年《物理世界》年度圖書獎(jiǎng)。
[1] 除非另有說明，本文參考來源見于G. Farmelo, The Strangest Man: The Hidden Life of Paul Dirac, Mystic of the Atom, Basic Books, New York (2009).
[2] K. Gottfried, http://arxiv.org/abs/quant-ph/0302041v1, p.9.3. [3] W. Heisenberg, Z. Phys. 33, 879 (1925). [4] P. A. M. Dirac, Proc. R. Soc. London, Ser. A 109, 642 (1925). [5] P. A. M. Dirac, Proc. R. Soc. London, Ser. A 117, 610 (1928). [6] P. A. M. Dirac, Proc. R. Soc. London, Ser. A 133, 60 (1931). [7] P. A. M. Dirac, Proc. R. Soc. Edinburgh, Sect. A: Math. Phys. Sci. 59, 122(1938-39). [8] P. A. M. Dirac, Phys. Rev. 74,817 (1948). [9] I. Wheeler to P A. M. Dirac, 8 August 1982, General Correspondence Paul A. M. Dirac Collection, Paul A. M. Dirac Library Florida State University, Tallahassee. 本文經(jīng)美國物理聯(lián)合會(huì)（AIP）授權(quán)翻譯發(fā)表于《返樸》（Fanpu），譯自
Graham Farmelo; Paul Dirac, a man apart. Physics Today 1 November 2009; 62 (11): 46–50. https://doi.org/10.1063/1.3265236.
Reproduced from [Graham Farmelo; Paul Dirac, a man apart. Physics Today 1 November 2009; 62 (11): 46–50. https://doi.org/10.1063/1.3265236], with the permission of the American Institute of Physics.
原文鏈接：https://pubs.aip.org/physicstoday/article-abstract/62/11/46/400676/Paul-Dirac-a-man-apart-Dirac-practiced-theoretical?redirectedFrom=fulltext
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