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1、狄拉克对物理学的主要贡献周云波(宝鸡文理学院物理系陕西宝鸡721007)摘要:论述了狄拉克在量子力学、量子电动力学、相对论性电子理论和反物质理论等四方面作出的贡献,以缅怀他光荣伟大的一生以及为科学而献身奋斗的高尚品德关键词:量子力学;哈密顿体系;玻色子;费米子;反物质理论Dirac’schiefcontributioninphysicsZhouYun-bo(Dept.Phys.,BaojiColl.Arts&Sci.,Baoji721007ShaanxiChina)Abstract:Thecontyibutionsintheaspectsofquantummechant
2、ics、quantumeletrodyramics、theelectronictheoryoftherelativisticandantimattertheoryarediscussed,inordetocherishthememoryofhiswholelifewithgreathonorandthenoblemoralityofstrugglingforscienceheartandsoul.Keywords:quantummechanics;systemonceofHamilton;boson;fermion;antimattertheory﹠保罗·狄拉克(Pau
3、lAdrienMauriceDirac)现代著名的理论物理学家,1933年诺贝尔物理学奖获得者.1902年8月8日生于英国布列斯托尔城,1984年10月20日在美国佛罗里达州的达拉哈斯逝世[1]。狄拉克成名较早,青年时代即在物理学界崭露头角,早在他获得博士学位前后，即1926年，短短两三年，就对物理学作出了四大贡献。他从22岁发表第一篇论文到逝世整整60年,始终居于物理学发展的前列,他的成就几乎影响着现代物理学的所有领域,推动着物理学的不断迅速前进。狄拉克离开我们已经29个年头了,我们也跨入了21世纪.今天,我们重新论述他的主要贡献,以缅怀他光荣而伟大的一生,继承他为科
4、学的发展而献身奋斗的高尚品德,纪念他为人类科学事业的发展所做出的辉煌成就。1.量子力学的数学和理论的完美表述[2-4]怀疑与求实是科学精神的精髓之所在，对陈旧过时的观念不可遏止的挑战冲动，是有创见科学家的必备气质，而狄拉克正具有这样的天赋气质。1925年7月28日,在剑桥卡皮察俱乐部第94次会议上,海森伯介绍了他的新力学.起初,狄拉克对此并没有留下深刻印象,但他后来阅读关于这一问题的论文时,他突然意识到,这一力学问题包含着打开原子世界秘密的钥匙,并随即把注意力集中到新力学理论中最关键的一点,即量子力学乘法的不可对易性上.他思考着,要把海伯森的力学纳入哈密顿体系,经过苦苦
5、思索,他以惊人的数学简单地给出了量子泊松符号。把对易子与泊松括号连接起来的想法是狄拉克在量子力学工作上的出发点..他克服了横在玻恩、海森伯和约尔丹三人面前的巨大困难,一举完成了构造量子力学的数学形式体系的工作。海森伯把力学变量与矩阵相对应得出：对于两个变量p和q,顺序相乘得pq，与反序相乘得qp,且pq与qp不一样,即pq－qp≠0,这是很难使人理解的。因为按照牛顿定律来理解,力学变量的乘积是可以对易的.海森伯说他十分担心这个“不可对易性”问题可能成为他的矩阵量子力学的致命弱点。一个在当时已经相当有名气的科学家,提出了当时影响量子力学成败的关键问题,并且承认自己无法解决
6、.狄拉克却以非凡的胆识,他用批判的眼光审视了海森伯的“不可对易”问题，他不受经典力学理论的束缚,抓住科学发现的机遇,寻根问底。10月的一个星期天,狄拉克独自到乡下散步,脑子一直在思考那个表示不可对易性的不等于零的对易子,他想到了泊松括号,它与对易子十分相似,只要在经典泊松括号前加上一个系数ih/2π,对易子就成了它的量子力学类比物。加于矩阵乘法的那些附加条件,可以写成pq－qp=(h/2π)﹒i这一精致的形式。这样以来便能为量子力学建立起一个简单的数学方程。它提供了一种处理量子力学量偏微分的方法.对狄拉克这一崭露头角的成就,海森伯给予了高度评价。他认为狄拉克关于“量子微
7、分的一般定义和量子条件与泊松括号间的联系”这一研究成果使量子力学大大前进了一步。2.物质辐射的相互作用理论[5-6]狄拉克在1927年的两篇论文中,从光的波粒二象性完全协调的观点出发,把电磁场波函数看作q数,然后再纳入正则量子化方案，这样就把电磁场波函数也量子化了,通过这样的二次量子化,狄拉克建立了一种完备的辐射理论。从量子论出发,把整个爱因斯坦辐射理论推导了出来。并在完全不依赖于经典类比的情况下,利用二级含时微扰计算,推导出了克莱默－海森伯色散公式。由于二次量子化方法使得光的波粒二象性问题在正确的基础上得到了圆满解决,这两篇论文被称为量
