保羅·阿德里安·莫里斯·狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac，1902年8月8日－1984年10月20日），男，英國(guó)理論物理學(xué)家，量子力學(xué)的奠基者之一，并對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)早期的發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。曾經(jīng)主持劍橋大學(xué)的盧卡斯數(shù)學(xué)教授席位，并在佛羅里達(dá)州立大學(xué)度過(guò)他人生的最后十四個(gè)年頭。

他給出的狄拉克方程可以描述費(fèi)米子的物理行為，并且預(yù)測(cè)了反物質(zhì)的存在。

1933年，因?yàn)椤鞍l(fā)現(xiàn)了在原子理論里很有用的新形式”（即量子力學(xué)的基本方程——薛定諤方程和狄拉克方程），狄拉克和埃爾溫·薛定諤共同獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1984年10月20日，狄拉克在佛羅里達(dá)州塔拉哈西逝世。

家庭背景

保羅·狄拉克（P.A.M.Dirac）的父親查爾斯·狄拉克于1866年出生在瑞士瓦萊州（一個(gè)講法語(yǔ)的州）的蒙泰，直到1919年才成為英國(guó)公民。20歲時(shí)，查爾斯背叛家庭，遠(yuǎn)走他鄉(xiāng)至日內(nèi)瓦大學(xué)學(xué)習(xí)。1890年來(lái)到英格蘭，定居在布里斯托爾，以教法語(yǔ)為生。1896年，他在布里斯托爾商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校謀得一席教職，并在布里斯托爾邂逅了弗洛倫斯·霍爾滕（她是個(gè)船長(zhǎng)的女兒，比查爾斯小12歲），1899年和她結(jié)婚。結(jié)婚一年后，他們的第一個(gè)孩子雷金納德·狄拉克出生。1902年8月8日，他們的第二個(gè)孩子保羅·狄拉克降生，他們家那時(shí)住在蒙克（Monk）大街。又過(guò)了四年，狄拉克家庭的第三個(gè)孩子比阿特麗斯·瑪格麗特·狄拉克也誕生了。和哥哥、妹妹一樣，保羅一出生就加入了瑞士國(guó)籍，直到1919年17歲時(shí)才取得英國(guó)國(guó)籍。

人物生平

早年求學(xué)

保羅·狄拉克，1902年8月8日出生在英格蘭西南部的布里斯托，成長(zhǎng)在畢曉普斯頓區(qū)的城市。他的父親，查爾斯·埃卓恩·拉迪斯拉斯·狄拉克是一個(gè)曾在布里斯托教書(shū)的法文老師，從瑞士瓦萊州的圣莫里斯移民到英國(guó)。他的母親，佛羅倫斯·漢娜·狄拉克原姓霍爾滕，是一位船長(zhǎng)的女兒，曾在布里斯托中央圖書(shū)館擔(dān)任圖書(shū)管理員。保羅有一個(gè)妹妹，叫阿特麗斯·伊莎貝爾·瑪格麗特，大家稱她為貝蒂，還有一個(gè)哥哥，雷金納德·查爾斯·費(fèi)利克斯，大家叫他費(fèi)利克斯。費(fèi)利克斯在1925年3月自殺。狄拉克后來(lái)回憶說(shuō)：“我的父母非常痛心。我不知道他們這么在乎……我從來(lái)不知道父母應(yīng)該照顧自己的孩子，但自從這件事后，我了解這件事。”

查爾斯和他的孩子們注冊(cè)的是瑞士國(guó)籍，直到1919年10月22日才歸化為英國(guó)籍。狄拉克的父親雖然他不贊成體罰，但卻是一個(gè)嚴(yán)格和專制的人。狄拉克與他的父親的關(guān)系很緊張，以至于在他父親死后，他寫(xiě)道：“我覺(jué)得我更自由了，我要做我自己?！辈闋査篂榱耸顾暮⒆訉W(xué)習(xí)法語(yǔ)，強(qiáng)迫他們只能說(shuō)法語(yǔ)。但狄拉克發(fā)現(xiàn)，他無(wú)法用法語(yǔ)表達(dá)他想說(shuō)的話，所以他選擇保持沉默。

狄拉克第一次受教育是在主教路小學(xué)，然后在男子商人合營(yíng)技術(shù)學(xué)院（后來(lái)的考瑟姆學(xué)校）就讀。他的父親在那里是一位法語(yǔ)老師。這所學(xué)校是布里斯托大學(xué)內(nèi)的附屬機(jī)構(gòu)，他們共享場(chǎng)地和人員。這所大學(xué)強(qiáng)調(diào)技術(shù)課程，如瓦工、制鞋、金屬工作和現(xiàn)代語(yǔ)言。在當(dāng)時(shí)仍然主要致力于經(jīng)典文學(xué)的英國(guó)中等教育里，這是一個(gè)不尋常的安排。后來(lái)狄拉克曾對(duì)這些安排表示感激。

狄拉克在布里斯托大學(xué)工程學(xué)院學(xué)習(xí)電機(jī)工程。盡管最喜歡的科目是數(shù)學(xué)，狄拉克后來(lái)聲稱工程教育對(duì)他影響深遠(yuǎn)：

“原先，我只對(duì)完全正確的方程感興趣。然而我所接受的工程訓(xùn)練教導(dǎo)我要容許近似，有時(shí)候我能夠從這些理論中發(fā)現(xiàn)驚人的美，即使它是以近似為基礎(chǔ)……如果沒(méi)有這些來(lái)自工程學(xué)的訓(xùn)練，我或許無(wú)法在后來(lái)的研究作出任何成果……我持續(xù)在之后的工作運(yùn)用這些不完全嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ虜?shù)學(xué)，我相信你們可以從我后來(lái)的文章中看出來(lái)……那些要求所有計(jì)算推導(dǎo)上完全精確的數(shù)學(xué)家很難在物理上走得很遠(yuǎn)。”

就在1921年獲得學(xué)位的前不久，他參加了劍橋大學(xué)圣約翰學(xué)院的入學(xué)測(cè)驗(yàn)。他通過(guò)入學(xué)考試并獲得一筆70英鎊的獎(jiǎng)學(xué)金，然而這不足以支付在劍橋就讀及生活所需的龐大支出。盡管以第一級(jí)榮譽(yù)工程學(xué)士的成績(jī)畢業(yè)，在當(dāng)時(shí)英國(guó)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)衰退的環(huán)境下仍無(wú)法找到工程師的工作。因此，他選擇接受免學(xué)費(fèi)攻讀布里斯托大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位的機(jī)會(huì)。由于已完成的工程學(xué)位，他被允許抵免第一年的課程。

1923年，狄拉克再度以第一級(jí)榮譽(yù)的成績(jī)畢業(yè)，并獲得140英鎊的獎(jiǎng)學(xué)金。加上來(lái)自約翰學(xué)院的70英鎊，這筆錢(qián)足夠他在劍橋居住與求學(xué)。

劍橋歲月

原先，狄拉克希望研究一直以來(lái)感興趣的相對(duì)論，然而在拉爾夫·福勒的指導(dǎo)下，狄拉克開(kāi)始接觸原子理論。福勒將原子理論中最新的概念如尼爾斯·玻爾等人的理論介紹給了狄拉克，對(duì)此狄拉克曾回憶到：

“還記得我頭一回看到玻爾的理論，我相當(dāng)驚訝……讓人驚奇的是在特定的條件下，我們居然能將牛頓定律用在原子里的電子。第一個(gè)條件是忽略電子輻射，第二則是放入量子條件。我仍記得很清楚，玻爾的理論當(dāng)時(shí)給了我多大的震撼。我相信在發(fā)展量子力學(xué)上，玻爾引入的這個(gè)概念是最大的突破?！?/p>

狄拉克也嘗試著將玻爾的理論延伸。1925年，維爾納·海森堡提出了著眼于可觀察的物理量的理論，當(dāng)中牽涉到矩陣相乘的不可交換性。狄拉克起初對(duì)此并不特別欣賞，然而約莫兩個(gè)星期之后，他意識(shí)到當(dāng)中的不可交換性帶有重要的意義，并且發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典力學(xué)中泊松括號(hào)與海森堡提出的矩陣力學(xué)規(guī)則的相似之處?；谶@項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，他得出更明確的量子化規(guī)則（即正則量子化）。這份名為《量子力學(xué)》的論文發(fā)表于1926年，狄拉克也憑借這項(xiàng)工作獲得博士學(xué)位。

同時(shí)埃爾溫·薛定諤以物質(zhì)波的波方程提出了自己的量子理論。狄拉克很快地發(fā)現(xiàn)到海森堡與薛定諤兩人的理論是彼此互補(bǔ)的，并開(kāi)始研究起薛定諤的波動(dòng)力學(xué)。

1926年9月，在福勒的建議之下，狄拉克前往位于哥本哈根的尼爾斯·玻爾研究所作了一段時(shí)間的研究。在哥本哈根的這段期間，狄拉克持續(xù)量子力學(xué)的研究，發(fā)展出了涵蓋波動(dòng)力學(xué)與矩陣力學(xué)的廣義理論。這個(gè)方法與經(jīng)典哈密頓力學(xué)的正則變換相類(lèi)似，允許使用不同組的變量基底。此外，為了處理連續(xù)的變量，狄拉克引入了新的數(shù)學(xué)工具——狄拉克δ函數(shù)。

狄拉克也開(kāi)始研究輻射理論。在他的文章“吸收和放出輻射的量子理論”中，他運(yùn)用二次量子化的技巧將波函數(shù)量子化，進(jìn)一步將光子輻射與玻色-愛(ài)因斯坦統(tǒng)計(jì)連結(jié)起來(lái)。在這個(gè)方法中，粒子集合的量子態(tài)是以其粒子在各能態(tài)中的分布來(lái)表示，并以粒子的創(chuàng)造與消滅來(lái)對(duì)量子態(tài)作改變。狄拉克展示了兩種方法是等價(jià)的，將電磁場(chǎng)以光子處理或?qū)?chǎng)作量子化。事實(shí)上，這個(gè)工作引發(fā)了新的物理課題——量子場(chǎng)論，而二次量子化則成為后來(lái)量子電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。

1927年2月，狄拉克來(lái)到了德國(guó)的哥廷根，在此他待了幾個(gè)月并結(jié)識(shí)了赫爾曼·外爾、馬克斯·玻恩、羅伯特·奧本海默等人。

二戰(zhàn)期間

二次大戰(zhàn)開(kāi)戰(zhàn)之后，由于缺乏足夠的教職人員，狄拉克在教學(xué)上的負(fù)擔(dān)加重。另外，他還必須指導(dǎo)許多研究生。在之前，狄拉克一向試圖避免這類(lèi)的責(zé)任，而更傾向獨(dú)自一人作研究。其中的例外是在1930年到1931年接手指導(dǎo)了福勒的學(xué)生錢(qián)德拉塞卡，以及1935到1936年因?yàn)轳R克斯·玻恩離開(kāi)劍橋去了愛(ài)丁堡而收了兩個(gè)原先玻恩指導(dǎo)的學(xué)生。一生之中，狄拉克所指導(dǎo)的學(xué)生不到十二人（大部分在20世紀(jì)40—50年代）。

戰(zhàn)爭(zhēng)期間，狄拉克投入研發(fā)同位素分離法以取得鈾235。這在原子能的應(yīng)用上是極關(guān)鍵的技術(shù)。他與彼得·卡皮查嘗試開(kāi)發(fā)用離心機(jī)將氣體混合物分離的方法，但其實(shí)驗(yàn)后來(lái)因卡皮查受困俄國(guó)而停擺。

1941年，狄拉克與牛津大學(xué)法蘭西斯·西蒙的團(tuán)隊(duì)展開(kāi)合作，提供了許多對(duì)于統(tǒng)計(jì)方法的實(shí)用意見(jiàn)。這些方法在今日人們依然在使用。

此外，他還是伯明翰團(tuán)隊(duì)在計(jì)算臨界質(zhì)量上的非正式顧問(wèn)。

與世長(zhǎng)辭

1984年，狄拉克在佛羅里達(dá)州塔拉哈西逝世，埋葬于當(dāng)?shù)氐牧_斯蘭公墓。狄拉克童年在布里斯托所居住的房子掛上了藍(lán)色牌匾，房子所在的道路也被命名為狄拉克路，以彰顯他與這個(gè)地區(qū)的聯(lián)結(jié)。當(dāng)?shù)刂鹘搪沸W(xué)的墻上掛上了一塊牌子，展示了狄拉克最著名的狄拉克方程。

1991年8月1日，狄拉克父親家鄉(xiāng)的圣莫里斯花園立起了紀(jì)念石。1995年11月13日，一塊以伯靈頓綠色板巖作為原料并刻上了狄拉克方程的紀(jì)念石板在西敏寺首次亮相。牧師團(tuán)長(zhǎng)愛(ài)德華·卡彭特曾因狄拉克是無(wú)神論者而反對(duì)此事，其意見(jiàn)被置之不理。

1975年，狄拉克在新南威爾士大學(xué)給了一系列五個(gè)演講。這系列演講后來(lái)集結(jié)出版成了《物理學(xué)的方向》（1978年）一書(shū)。他將這本書(shū)的版稅捐給新南威爾士大學(xué)設(shè)立了狄拉克系列講座。狄拉克銀質(zhì)獎(jiǎng)?wù)卤闶窃谶@個(gè)場(chǎng)合下由校方所頒發(fā)的獎(jiǎng)項(xiàng)。

在狄拉克去世之后，立即有兩個(gè)研究機(jī)構(gòu)設(shè)了年度獎(jiǎng)項(xiàng)來(lái)紀(jì)念狄拉克：英國(guó)物理學(xué)會(huì)頒發(fā)狄拉克獎(jiǎng)?wù)潞酮?jiǎng)金以表彰他“在理論（包含數(shù)學(xué)和計(jì)算方法）物理上的杰出貢獻(xiàn)”。最初的三個(gè)獲獎(jiǎng)人分別為史蒂芬·霍金（1987年）、約翰·斯圖爾特·貝爾（1988年）和羅杰·彭羅斯（1989年）；國(guó)際理論物理中心（International Centre for Theoretical Physics，簡(jiǎn)稱：ICTP）在每年8月8日（狄拉克的生日）頒發(fā)ICTP狄拉克獎(jiǎng)?wù)?。另外，英?guó)物理學(xué)會(huì)在布里斯托的出版總部取名作狄拉克樓。

佛羅里達(dá)州立大學(xué)的狄拉克-赫爾曼獎(jiǎng)是由布魯斯·赫爾曼博士（狄拉克最后一個(gè)博士學(xué)生）于1997年所設(shè)立以獎(jiǎng)勵(lì)該校理論物理研究人員的杰出表現(xiàn)。

位于佛羅里達(dá)州立大學(xué)的保羅·狄拉克科學(xué)圖書(shū)館，1989年由曼琪所成立。狄拉克生前的論文都收藏于此，館外則設(shè)有其銅像。佛羅里達(dá)州塔拉哈西國(guó)家強(qiáng)磁實(shí)驗(yàn)室所在的那條路被命名為“Paul Dirac Drive”。而在他的家鄉(xiāng)布里斯托，迪高特鎮(zhèn)上的一條路被命名為“Dirac Way”。英國(guó)廣播公司將其開(kāi)發(fā)的一種影像壓縮格式以狄拉克命名。

主要成就

科學(xué)貢獻(xiàn)

狄拉克因創(chuàng)立有效的、新型式的原子理論而獲得1933年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

狄拉克發(fā)展了量子力學(xué)，提出了著名的狄拉克方程，并且從理論上預(yù)言了正電子的存在。

狄拉克原來(lái)從事相對(duì)論動(dòng)力學(xué)的研究，自從1925年海森伯訪問(wèn)劍橋大學(xué)以后，狄拉克深受影響，把精力轉(zhuǎn)向量子力學(xué)的研究。1928年他把相對(duì)論引進(jìn)了量子力學(xué)，建立了相對(duì)論形式的薛定諤方程，也就是著名的狄拉克方程。這一方程具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是滿足相對(duì)論的所有要求，適用于運(yùn)動(dòng)速度無(wú)論多快的電子；二是它能自動(dòng)地導(dǎo)出電子有自旋的結(jié)論。這一方程的解很特別，既包括正能態(tài)，也包括負(fù)能態(tài)。狄拉克由此做出了存在正電子的預(yù)言，認(rèn)為正電子是電子的一個(gè)鏡像，它們具有嚴(yán)格相同的質(zhì)量，但是電荷符號(hào)相反。狄拉克根據(jù)這個(gè)圖象，還預(yù)言存在一個(gè)電子和一個(gè)正電子互相湮滅放出光子的過(guò)程；相反，這個(gè)過(guò)程的逆過(guò)程，就是一個(gè)光子湮滅產(chǎn)生出一個(gè)電子和一個(gè)正電子的過(guò)程也是可能存在的。1932年，美國(guó)物理學(xué)家安德森（1923年-）在研究宇宙射線簇射中高能電子徑跡的時(shí)候，奇怪地發(fā)現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)中有一半電子向一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)，另一半向相反方向偏轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)仔細(xì)辨認(rèn)，這就是狄拉克預(yù)言的正電子。后來(lái)很快又發(fā)現(xiàn)了γ射線產(chǎn)生電子對(duì)，正、負(fù)電子碰撞“湮滅”成光子等現(xiàn)象，全面印證了狄拉克預(yù)言的正確性。狄拉克的工作，開(kāi)創(chuàng)了反粒子和反物質(zhì)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。

狄拉克是量子輻射理論的創(chuàng)始人，曾經(jīng)和費(fèi)米各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)法。狄拉克還在美國(guó)佛羅里達(dá)州立大學(xué)發(fā)表過(guò)大量有關(guān)宇宙學(xué)方面的論文，推動(dòng)宇宙學(xué)研究的發(fā)展。特別值得一提的是，狄拉克早在20世紀(jì)30年代，就從理論上提出可能存在磁單極的預(yù)言。近代物理學(xué)有關(guān)磁單極的理論研究和實(shí)驗(yàn)探測(cè)取得了迅速發(fā)展。1982年國(guó)外已有報(bào)道，宣稱有人發(fā)現(xiàn)了磁單極存在的證據(jù)。當(dāng)然，假如真能從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)磁單極存在，一定會(huì)引起物理理論的深刻變化。

總結(jié)起來(lái)，狄拉克對(duì)物理學(xué)的主要貢獻(xiàn)是：給出描述相對(duì)論性費(fèi)米粒子的量子力學(xué)方程（狄拉克方程），給出反粒子解；預(yù)言磁單極；費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)。另外在量子場(chǎng)論尤其是量子電動(dòng)力學(xué)方面也作出了奠基性的工作。在引力論和引力量子化方面也有杰出的工作。

電動(dòng)力學(xué)

到了1927年，由于許多開(kāi)創(chuàng)性的工作，狄拉克已成了科學(xué)界中知名的人物。證據(jù)就是他受到邀請(qǐng)參加了第五屆索爾維會(huì)議（電子與光子）。同年，狄拉克被選為圣約翰學(xué)院院士，并在1929年被任命為數(shù)學(xué)物理的高級(jí)講師。此時(shí)，狄拉克正著手電子的相對(duì)論性量子理論。當(dāng)時(shí)雖然已經(jīng)有了克萊因-戈?duì)柕欠匠?，但狄拉克認(rèn)為問(wèn)題并未被解決。這個(gè)方程可能給出負(fù)值的概率，量子力學(xué)對(duì)概率的詮釋無(wú)法解釋這個(gè)問(wèn)題。

1928年，狄拉克提出了描述電子的相對(duì)論性方程——狄拉克方程，并獨(dú)立于沃爾夫?qū)づ堇墓ぷ靼l(fā)現(xiàn)了描述自旋的2x2矩陣。亞伯拉罕·派斯曾引述狄拉克如此說(shuō)道：“我相信我獨(dú)立得到了它（自旋矩陣），泡利也許也是獨(dú)立于我得到這個(gè)結(jié)果?！比欢依朔匠膛c克萊因-戈登方程有相同的問(wèn)題，存在無(wú)法解釋的負(fù)能量解。這促使狄拉克預(yù)測(cè)電子的反粒子——正電子的存在。他詮釋正電子來(lái)自于填滿電子的狄拉克之海。正電子于1932年由卡爾·安德森在宇宙射線中觀察到而證實(shí)。狄拉克方程同時(shí)能夠解釋自旋是作為一種相對(duì)論性的現(xiàn)象。

由于恩里科·費(fèi)米在1934年的β衰變理論牽涉到粒子的毀滅與創(chuàng)造，使狄拉克方程詮釋作任意自旋?/2之點(diǎn)粒子的場(chǎng)方程，其中場(chǎng)量子化的過(guò)程包含了反交換律。因此在1934年，海森堡將狄拉克方程重新詮釋作所有基本粒子（夸克與輕子）的場(chǎng)方程——狄拉克場(chǎng)方程。在理論物理中，這個(gè)場(chǎng)方程處于與麥克斯韋方程、楊-米爾斯規(guī)范理論、愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程同等核心的地位。狄拉克被視作量子電動(dòng)力學(xué)的奠基者，也是第一個(gè)使用量子電動(dòng)力學(xué)這個(gè)名詞的人。

在20世紀(jì)30年代早期，他也提出了真空極化的概念。對(duì)于下一個(gè)世代的理論學(xué)者施溫格、費(fèi)曼、朝永振一郎、戴森等人而言，這個(gè)工作是量子電動(dòng)力學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵。

1930年，狄拉克出版了他的量子力學(xué)著作著作《量子力學(xué)原理》，這是物理史上重要的里程碑，至今仍是量子力學(xué)的經(jīng)典教材。在這本書(shū)中，狄拉克將海森堡在矩陣力學(xué)以及薛定諤在波動(dòng)力學(xué)的工作整合成一個(gè)數(shù)學(xué)體系，當(dāng)中連結(jié)了可觀測(cè)量與希爾伯特空間中作用子的關(guān)系。書(shū)中也介紹了量子力學(xué)中廣泛應(yīng)用的狄拉克δ函數(shù)。延續(xù)狄拉克在1939年的文章，1939年他在此書(shū)第三版中加入了他的數(shù)學(xué)符號(hào)系統(tǒng)——狄拉克符號(hào)。直到今天，狄拉克符號(hào)仍然是最廣泛使用的一套量子力學(xué)符號(hào)系統(tǒng)。

1932年，狄拉克接替約瑟夫·拉莫爾擔(dān)任劍橋大學(xué)盧卡斯數(shù)學(xué)教授。1933年，狄拉克與薛定諤共同獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。他卻對(duì)盧瑟福說(shuō)：“他不想出名，他想拒絕這個(gè)榮譽(yù)?！北R瑟福對(duì)他說(shuō)：“如果你這樣做，你會(huì)更出名，人家更要來(lái)麻煩你。”1933年12月12日，狄拉克在斯德哥爾摩發(fā)表了諾貝爾獎(jiǎng)得獎(jiǎng)演說(shuō)，題目為“電子與正電子的理論”。

磁單極

1931年，狄拉克在一篇“量子化電磁場(chǎng)中的奇點(diǎn)”的文章中，探討了磁單極這個(gè)想法。1933年，延續(xù)了其1931年的論文，狄拉克證明了單一磁單極的存在就足以解釋電荷的量子化。在1975年、1982年以及2009年都有研究結(jié)果指出磁單極可能存在。但到目前為止，仍沒(méi)有磁單極存在的直接證據(jù)。即使如此，某些大統(tǒng)一理論仍包含磁單極，用于解釋宇宙結(jié)構(gòu)的形成。狄拉克的磁單極是第一次將拓?fù)鋵W(xué)的概念用于處理物理問(wèn)題。

大數(shù)假說(shuō)

1937年，狄拉克提出了大數(shù)假說(shuō)。他比較了兩個(gè)不帶量綱的量值：基本作用力（在此為引力與電磁力）的比值與宇宙年齡的尺度，發(fā)現(xiàn)兩者皆落在約39個(gè)數(shù)量級(jí)。狄拉克猜測(cè)這可能并非巧合，兩者或許存在某種關(guān)聯(lián)性。參考了愛(ài)德華·亞瑟·米爾恩的理論，允許引力常數(shù)隨時(shí)間改變?；谶@些假設(shè)，他設(shè)計(jì)了一個(gè)自己的宇宙學(xué)的模型。

學(xué)術(shù)研究

創(chuàng)立量子力學(xué)

1925年，狄拉克開(kāi)始研究由海森伯等人創(chuàng)立的量子力學(xué)。1926年發(fā)表題為《量子力學(xué)》的論文，獲劍橋大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位，應(yīng)邀任圣約翰學(xué)院研究員。

天才有兩種。一種是普通的天才，他們的成就其他人也可以做到，只要他足夠的努力并且有一點(diǎn)好運(yùn)。另一種是超常的天才（數(shù)學(xué)家Mark Kac稱他們?yōu)椤澳g(shù)師”）。他們有著驚人的、不循常理的洞察力，很難有其他人能達(dá)到那一種智慧。愛(ài)因斯坦就是這樣一類(lèi)天才。1984年辭世的保羅·狄拉克也是一位超常的天才，他的方程預(yù)示了反物質(zhì)的存在，他可以說(shuō)是繼牛頓之后英國(guó)最偉大的理論物理學(xué)家。狄拉克在23歲時(shí)成為量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一。該理論是在二十世紀(jì)二三十年代發(fā)展起來(lái)的，提出了很多看起來(lái)很古怪的論斷，其中包括世界是不可能被完全了解的基本事實(shí)。但是當(dāng)他的同事還在被方程的哲學(xué)含義而困擾時(shí)，狄拉克認(rèn)為語(yǔ)言是危險(xiǎn)的，而只注重?cái)?shù)學(xué)上的價(jià)值。對(duì)他而言，方程是美麗的。隨著年齡的增長(zhǎng)，他愈發(fā)確認(rèn)美是通往真理的向?qū)?。他認(rèn)為基礎(chǔ)物理是可以從優(yōu)雅的數(shù)學(xué)中拾取的，這一觀點(diǎn)現(xiàn)已滲入到整個(gè)探索自然的領(lǐng)域。

物理之美的追尋

量子電動(dòng)力學(xué)在作高階微擾計(jì)算上，得到了某些無(wú)窮大的結(jié)果。這在物理系統(tǒng)中是不合理的。因此一種叫作重整化的計(jì)算技巧被發(fā)展出來(lái)作為權(quán)宜之計(jì)，狄拉克無(wú)法接受這種作法。在1975年的一場(chǎng)演講中，他發(fā)表了這樣的看法：

“我必須說(shuō)我對(duì)于這樣情況相當(dāng)不滿意。因?yàn)檫@樣一個(gè)‘好的理論’以一種隨意的方法忽視了來(lái)自于方程的無(wú)窮發(fā)散。這不是明智的數(shù)學(xué)。明智的數(shù)學(xué)可以忽略一個(gè)極小的值，但不能因一個(gè)值為無(wú)窮大而舍棄它?！?/p>

拒絕接受重整化使他在研究上漸漸遠(yuǎn)離了主流。

他從他寫(xiě)下的哈密頓形式出發(fā)，試圖讓量子電動(dòng)力學(xué)建立在“符合邏輯的基礎(chǔ)”上。他找到一種更新的方法來(lái)計(jì)算異常磁偶矩，并且以海森堡繪景重新推導(dǎo)了蘭姆位移。雖然付出了巨大的努力，狄拉克終其一生仍未能發(fā)展出滿意的理論。

20世紀(jì)50年代晚期，狄拉克將它發(fā)展出來(lái)的哈密頓方法應(yīng)用到愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論。這當(dāng)中牽涉到引力場(chǎng)量子化的問(wèn)題。

晚年情況

為了與他的女兒瑪麗住得近一點(diǎn)，狄拉克在1969年辭去劍橋大學(xué)的職務(wù)并接受佛羅里達(dá)州立大學(xué)提供的教職。在最后的十四年里，狄拉克大部分的時(shí)間都在邁阿密大學(xué)與佛羅里達(dá)州立大學(xué)里度過(guò)。

1982年，狄拉克的健康開(kāi)始惡化。在1984年10月20日，狄拉克于塔拉哈西因病去世，并依照其家人的意愿將遺體埋在當(dāng)?shù)啬箞@。

家庭情況

歐洲政局的混亂導(dǎo)致了二戰(zhàn)，也分裂了原本完整的歐洲學(xué)術(shù)環(huán)境。量子力學(xué)就是誕生于這樣的環(huán)境中。狄拉克和這場(chǎng)沖突中的每一方都保持著忠實(shí)的朋友關(guān)系。他曾試圖營(yíng)救被蘇聯(lián)政權(quán)扣押的俄羅斯物理學(xué)家Peter Kapitza，但沒(méi)有成功。他還真誠(chéng)地對(duì)待被懷疑為納粹擁護(hù)者的德國(guó)物理學(xué)家沃納·卡爾·海森堡。

狄拉克是出了名的沉默。他很少講話，安靜成了他的標(biāo)簽。他不愿與人爭(zhēng)執(zhí)。他情感上孤僻，似乎喪失了對(duì)社會(huì)的敏感。在他的很多同事看來(lái)，他對(duì)數(shù)學(xué)之外的事物毫無(wú)興趣，以致當(dāng)他結(jié)婚時(shí)同事們都感到驚訝。然而，就像Graham Farmelo為他作的傳中所說(shuō)的，狄拉克不僅僅是一個(gè)無(wú)趣的計(jì)算器。他很喜歡看連環(huán)畫(huà)和米老鼠電影，后來(lái)還迷上了一個(gè)美國(guó)女歌手Cher。

Farmelo充滿同情地描述了狄拉克不幸的家庭背景。他的父母似乎憎恨著對(duì)方，他的哥哥是自殺身亡的。狄拉克把哥哥的死歸結(jié)為父親的錯(cuò)，當(dāng)然他父親的某些行為也證實(shí)了這一點(diǎn)。在狄拉克贏得了劍橋大學(xué)的兩項(xiàng)獎(jiǎng)學(xué)金時(shí)，他只需要5英鎊就可以離開(kāi)這個(gè)地方了。他的父親給了兒子這筆錢(qián)，讓他認(rèn)為是父親讓他開(kāi)始自己的事業(yè)。后來(lái)狄拉克才了解到事實(shí)。在他父親于1936年逝世后，他才發(fā)現(xiàn)那重要的5英鎊并不是父親給的，而是當(dāng)?shù)氐囊粋€(gè)教育機(jī)構(gòu)，但是他父親積攢了7500英鎊，相當(dāng)于他年薪的15倍。

人物專著

1930年 《量子力學(xué)原理》

這本書(shū)用現(xiàn)代記號(hào)（大部分由狄拉克本人發(fā)展出來(lái)）總結(jié)了量子力學(xué)的概念，在書(shū)的結(jié)尾部分也探討了他首先開(kāi)創(chuàng)的電子的相對(duì)論性理論。（即狄拉克方程）此書(shū)的寫(xiě)作未參照任何量子力學(xué)相關(guān)著述。

1966年 《量子力學(xué)講義》

書(shū)中探討了許多在彎曲時(shí)空下的量子力學(xué)。

1966年 《量子場(chǎng)論講義》

這本書(shū)以哈密頓力學(xué)方式奠定了量子場(chǎng)論的基礎(chǔ)。

1974年 《希爾伯特空間中的旋量》

這本書(shū)以1969年在邁阿密大學(xué)的授課講義為基礎(chǔ)，從一個(gè)真實(shí)的希爾伯特空間出發(fā)，處理了旋量的基礎(chǔ)層面。狄拉克以預(yù)言的方式說(shuō)道：“從一個(gè)只有費(fèi)米子變量的理論出發(fā)，可以自然得到玻色子的變量，這使得有無(wú)限多的費(fèi)米子變量。必然存在有玻色子變量與電子相關(guān)連……”

1975年 《廣義相對(duì)論》

以68頁(yè)的篇幅總結(jié)了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論。

1978年 《物理學(xué)的方向》

由狄拉克在新南威爾士大學(xué)一系列演講集結(jié)而成。

人物評(píng)價(jià)

獲獎(jiǎng)榮譽(yù)

狄拉克與埃爾溫·薛定諤由于“發(fā)現(xiàn)了原子理論的新形式”共同獲得1933年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。此外，狄拉克在1939年獲頒皇家獎(jiǎng)?wù)拢?952年獲頒科普利獎(jiǎng)?wù)乱约榜R克斯·普朗克獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

他在1930年被選作皇家學(xué)會(huì)院士，1948年和1971年分別被選作美國(guó)物理學(xué)會(huì)及英國(guó)物理學(xué)會(huì)榮譽(yù)會(huì)士。1973年狄拉克獲頒功績(jī)勛章，在英國(guó)這是極高的榮譽(yù)。他曾拒絕被冊(cè)封為騎士，因?yàn)樗幌雽?duì)他的名字作出更動(dòng)。

研究風(fēng)格

他的學(xué)生約翰·波羅金侯恩曾回憶道：“有次他被問(wèn)到對(duì)于物理的核心信念，他走向黑板并寫(xiě)下‘自然的法則應(yīng)該用優(yōu)美的方程去描述’”。

1955年狄拉克在莫斯科大學(xué)物理系演講時(shí)被問(wèn)及他個(gè)人的物理哲學(xué)，他這么回答：“一個(gè)物理定律必須具有數(shù)學(xué)美?！钡依藢?xiě)上這句話的黑板至今仍被保存著。

基于對(duì)數(shù)學(xué)美的要求，狄拉克不能接受使用重整化的方式去解決量子場(chǎng)論的無(wú)窮發(fā)散。一場(chǎng)演講中，他說(shuō)道：

“如果你對(duì)積分范圍作了截?cái)?，你便引入了一個(gè)非相對(duì)論的情況，并且破壞了相對(duì)論不變性。如果代價(jià)只是破壞了相對(duì)論不變性，量子電動(dòng)力學(xué)仍可以在一個(gè)合理的數(shù)學(xué)架構(gòu)。然而比起背離基本的數(shù)學(xué)原則忽視發(fā)散，相對(duì)論不變性的破壞問(wèn)題還要小的多?！?/p>

狄拉克經(jīng)常談到應(yīng)該優(yōu)先尋找美麗的方程，而不要煩惱其物理意義。史蒂文·溫伯格對(duì)此曾有評(píng)論：

“狄拉克告訴學(xué)物理的學(xué)生不要煩惱方程的物理意義，而要關(guān)注方程的美。這個(gè)建議只對(duì)那些于數(shù)學(xué)純粹之美非常敏銳的物理學(xué)家才有用，他們可以仰賴它尋找前進(jìn)的方向。這種物理學(xué)家并不多——或許只有狄拉克本人?！?/p>

物理學(xué)家

對(duì)于狄拉克，玻爾曾說(shuō)：“在所有的物理學(xué)家中，狄拉克擁有最純潔的靈魂?！?/p>

馬克斯·玻恩曾回憶到他第一次看狄拉克的文章：

“我記得非常清楚，這是我一生的研究經(jīng)歷中最大的驚奇之一。我完全不知道狄拉克是誰(shuí)，可以推測(cè)大概是個(gè)年輕人，然而其文章每個(gè)部分都相當(dāng)完美且可敬?！?/p>

美籍華裔物理學(xué)家楊振寧在1991年發(fā)表《對(duì)稱的物理學(xué)》一文，提到他對(duì)狄拉克的看法：

“在量子物理學(xué)中，對(duì)稱概念的存在，我曾把狄拉克這一大膽的、獨(dú)創(chuàng)性的預(yù)言比之為負(fù)數(shù)的首次引入，負(fù)數(shù)的引入擴(kuò)大改善了我們對(duì)于整數(shù)的理解，它為整個(gè)數(shù)學(xué)奠定了基礎(chǔ)，狄拉克的預(yù)言擴(kuò)大了我們對(duì)于場(chǎng)論的理解，奠定了量子電動(dòng)場(chǎng)論的基礎(chǔ)?！?/p>

楊振寧曾提到狄拉克的文章給人“秋水文章不染塵”的感受，沒(méi)有任何渣滓，直達(dá)深處，直達(dá)宇宙的奧秘。

總結(jié)狄拉克的一生，阿卜杜勒·薩拉姆如是說(shuō)：“保羅·埃卓恩·莫里斯·狄拉克——毫無(wú)疑問(wèn)是這個(gè)世紀(jì)或任一個(gè)世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家之一。1925年、1926年以及1927年他三個(gè)關(guān)鍵的工作，奠定了其一量子物理、其二量子場(chǎng)論以及其三基本粒子理論的基礎(chǔ)……沒(méi)有人，即便是愛(ài)因斯坦也沒(méi)有辦法在這么短的期間內(nèi)對(duì)本世紀(jì)物理的發(fā)展作出如此決定性的影響?！?/p>