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【人物】狄拉克:智商過載的鋼鐵直男!

來源:科學中國人(ID:scichi)←關注它

1933年,因在原子理論新形式方面的重大貢獻,狄拉克與奧地利物理學家薛定諤共享了當年的諾貝爾物理學獎。但他顯然并不為此感到高興,反而相當苦惱。他對好友盧瑟福說想拒絕這一榮譽,因為他討厭名聲,更不喜歡公眾媒體的大肆議論和宣傳。

【人物】狄拉克:智商過載的鋼鐵直男!

對于好友的想法,盧瑟福絲毫不感到意外,但他還是誠實地說道:“如果你這樣做,你會更出名,人家更要來麻煩你了。”仔細一想,好像確實如此。進退兩難的狄拉克垂頭喪氣,只得接受了這一“無情”的現實,走上了諾貝爾獎領獎臺。盡管,他是如此不希望受到別人的關注。

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? “我選擇保持沉默”

在20世紀量子力學界幾位著名的物理學家中,幾乎人人都有幾手令人驚嘆的才藝:愛拉小提琴又熱愛帆船運動的愛因斯坦,足球“國手”玻爾,會彈鋼琴的海森堡,擅長詩歌創作的薛定諤,這些在常人眼中本應該嚴肅古板的科學家,實際上往往有著豐富多彩的生活。不過,這并不適用于狄拉克,安靜是他唯一的標簽。

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【人物】狄拉克:智商過載的鋼鐵直男!

“自從我發現我無法用法語來表達我自己的想法之后,我覺得還是保持沉默會更好些。”對于狄拉克而言,沉默從來都是一種個人的選擇,無關乎交流場景以及交談對象。

1947年,荷蘭物理學家派斯在普利斯頓高等學術研究所工作時結識了狄拉克。他一直記得與狄拉克在研究所走廊里的一次對話。

“我妻子問你能否和我們一起共進晚餐?”

“很抱歉,我另有安排。”

“再見。”狄拉克就這樣結束了談話,派斯目瞪口呆。

1950年前后,天體物理學家席艾瑪拜狄拉克為導師。有一次,席艾瑪興沖沖地跑到狄拉克的辦公室說:“狄拉克教授,我剛想出一種關于宇宙學中恒星形成問題的方法,可以告訴你嗎?”“不。”談話就此結束。

【人物】狄拉克:智商過載的鋼鐵直男!

還有一次,狄拉克到美國威斯康星大學講課。到提問環節時,一名聽眾說道:“黑板右上方的那個方程我不懂。”幾分鐘過去了,會場仍然鴉雀無聲,一片尷尬的沉默籠罩著大家。主持人終于按捺不住,向狄拉克說道:“您可以回答一下剛剛的問題嗎?”狄拉克愣了一下,說道:“剛才那個并不是問題,只是一句評論。”

這樣的例子不勝枚舉。事實上,不管是工作還是生活中,狄拉克都以直接和坦率而聞名。在他的人生字典中,的確沒有灰色地帶,所有的想法訴諸語言時,“是”就是“是”,“非”就是“非”,沒有任何的曲曲折折、彎彎繞繞。直到現在,劍橋大學還流傳著“狄拉克單位”的神話。這并不是狄拉克在物理學中的創造,而是當年劍橋大學的同事們在描述狄拉克時所開的善意的玩笑,即將1小時內說1個字定義為1個狄拉克單位。由此可見狄拉克言語之少。


好在,這樣的性格并不妨礙狄拉克成為一名偉大的科學家。

? “上帝之眼”

一百年前的劍橋大學是什么樣的呢?

河畔、金柳、夕陽……詩人徐志摩筆下的劍橋時光令人心神向往。與他同時期沐浴在這片旖旎風景中的狄拉克也常常會到康河邊漫步,不過他的目的可不是為了感受詩情畫意,而僅僅是投身科學之余唯一的放松時光。

【人物】狄拉克:智商過載的鋼鐵直男!

“散步的目的是在一周緊張學習之后休息一下,也許還想為下周一的研究得到一個新的看法。但這些散步的主要目的是休息,就是有問題我也會將它們置于腦后有意識地不去思考。”在后來的相關回憶中,狄拉克這樣寫道。

除沉默寡言之外,狄拉克的生活單調到“令人發指”。不管是政治、社團外交、漂亮女孩兒還是其他,狄拉克全都不感興趣,因為科學早已經吸引了他的所有目光。

【人物】狄拉克:智商過載的鋼鐵直男!

最初,狄拉克希望研究一直以來感興趣的相對論,不過在導師——英國物理學家、天文學家拉爾夫·福勒的指導下,他開始接觸原子理論,并由此在思維的廣度和深度上得到了極大提高。

1925年,海森堡到劍橋大學訪問時帶來了他對量子力學的最新突破——后來被稱作“矩陣力學”的理論。新的思想固然讓人高興,但海森堡心中卻不免含著隱憂,因為他的理論中得出的矩陣乘法互相不對易,即p×q≠q×p。

要知道,雖然現在的人們對于“不對易的矩陣”早已經司空見慣,但在海森堡那一代科學家之前,就連矩陣為何物都不知道。不過,為此感到困惑的顯然不包括狄拉克。思考問題向來“一根筋”的他認為新理論的精辟之處正在于此。但他也有疑惑——海森堡的不等式讓他覺得似曾相識,到底在哪兒見過呢?

【人物】狄拉克:智商過載的鋼鐵直男!

連續幾天的思索終于閃來了“靈光”,狄拉克想起了經典的泊松括號,與海森堡的矩陣力學不正有相通之處嗎?基于這項發現,他悟出了隱藏在海森堡矩陣力學中深奧的代數本質,創造了互不對易的所謂“q數”,以及這些“q數”之間的運算規則,并以此發展出一個漂亮的量子力學符號運算體系。之后又將泊松括號拆開為左右兩半:分別叫作左矢<|、右矢|>。這成為表示量子態的著名的“狄拉克符號”。

并且,在此期間,為了處理連續的變量,狄拉克還引入了新的數學工具——狄拉克δ函數。簡單來說,就是處理不連續分布于空間和時間中的物理量,如質點、點電荷、瞬時力等抽象模型的密度。在此之前,人們對于這些不連貫的變量毫無辦法,狄拉克δ函數為后人帶來了可喜可賀的數學貢獻。

作為一個理論物理學家,狄拉克對于數學的推崇從未掩飾。1955年在訪問莫斯科大學物理系時,當被問及個人的物理哲學,他在黑板上這樣回道:“一個物理定律必須具有數學美。”至今,狄拉克寫上這句話的黑板仍然保存著。并且,作為一個無神論者,在1963年發表于《科學美國人》雜志的一篇論文中,狄拉克甚至寫道:“上帝是一位高明的數學家,他用高深的數學來構建宇宙。”這句話正確與否暫且不去評價,但狄拉克本人卻實實在在地為此踐行了一生,用“上帝之眼”帶領人類接觸了一個全新的宇宙。

【人物】狄拉克:智商過載的鋼鐵直男!

1928年,26歲的狄拉克提出了一個符合相對論的關于電子的方程式,即后來著名的狄拉克方程。利用這一方程可以成功推導出所有已知的關于電子的屬性,是理論上的重大進展。要知道,在此之前,電子的這些性質全部是通過分析實驗結果總結出來的,并沒有理論的來源和解釋,而狄拉克卻完成了前所未有的突破。不過,正是這一被后世稱為世界歷史上最完美的幾個方程式之一的狄拉克方程,在當時卻隱含著一個致命的問題:它包含了所有具有負能量的量子態的解,而這一點是違背當時物理學基本理論的,倘若去掉這種解的話又會引來數學的內在矛盾。

究竟該如何解決?直來直往的狄拉克再一次顯現出了驚人的天賦,據此方程式,他提出了一個極其大膽的猜想:具有負能量的量子態(即帶正電的反電子等)是存在的,只是我們還沒有觀測到!

自宇宙形成以來,這是人類第一次預測了反物質的存在!但在當時,由于狄拉克的沉默寡言與駭人聽聞的想法,幾乎沒有任何人愿意相信,直到幾年后一場風暴的到來才徹底打破平靜。

1932年8月2日,這本該極其普通的一天,卻因美國物理學家卡爾·安德森無意間的行為成為了歷史。在拍攝宇宙射線圖像時,安德森捕捉到了帶正電粒子的清晰軌跡,首次發現了正電子!這無可辯駁的事實證實了反物質的存在,狄拉克“無中生有”的預言是正確的!整個科技界為之轟動,安德森也因此發現獲得了1936年的諾貝爾物理學獎。

不過,這僅僅是第一步。到20世紀50年代,隨著反中子、反質子的相繼被發現,人們這才明確地意識到,任何基本粒子都在自然界中有相應的反粒子存在。當正反物質相遇時,雙方就會相互湮滅抵消,發生爆炸并產生巨大能量。“宇宙大爆炸”理論便是基于此產生的。

到今天,在大量觀測數據的支持下,宇宙學家已經普遍認為,反物質占了大爆炸產生的物質的一半;從這個角度上看,狄拉克是完全通過理性瞥見宇宙初期那另外半個世界的第一人。不過,不管熱鬧與否,從來與他無關。狄拉克的世界始終安靜如初。

? 最純潔的靈魂

一般意義上而言,狄拉克的情感神經的確有所缺失,這也讓他與周圍所有人格格不入。

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有一次,狄拉克與海森堡一同到日本講學。向來社交活躍的海森堡,在行程中的一個晚會上不斷與年輕姑娘們翩翩起舞。靜默在角落的狄拉克等了許久,在海森堡休息的過程中終于提出了疑問——為何他會這樣興高采烈?海森堡笑了,說和好姑娘們跳舞是一種享受。怔了好一會兒,狄拉克依然不解:“在和她們接觸前,你怎么知道她們是好姑娘?”

還有一次,在與玻爾一起參觀哥本哈根的國家藝術博物館時,當來到一幅印象派油畫面前,玻爾仿佛受到觸動般非常欣賞,但狄拉克卻極為不解:“這條船為什么沒有畫完?”

科學與人文藝術相通的概念,在狄拉克這里完全相反。聽說美國物理學家、曼哈頓計劃主要領導者之一羅伯特·奧本海默喜歡文學和詩,狄拉克有一次在見到他時說:“聽說你在寫詩,我不明白一個工作在物理學前沿的人怎么能夠同時又去寫詩,這兩者是不相容的。科學是把以前沒有人了解的事情用大家都能明白的話來說清楚,詩卻是將大家都已經知道的東西以無人能夠理解的方式表述出來。”一次性說了這么長一段話,對于一個向來沉默寡言的人來說極為罕見,可以想見狄拉克的疑惑之深了。

【人物】狄拉克:智商過載的鋼鐵直男!

都說性格大多與經歷相關,狄拉克正是如此。生活在暴君式的強權家庭中,狄拉克從未感受到人類該有的情感。1925年3月,因長期困于抑郁之中,狄拉克的哥哥自殺身亡。這給他帶來了前所未有的情感體驗,并不只是因為他的哥哥,更來源于他的父母。“我的父母非常痛心。我不知道他們這么在乎……我從來不知道父母應該照顧自己的孩子,但自從這件事后,我了解了。”

23歲的狄拉克有了第一次真正意義上的情感體驗,但此時所有的人生觀、世界觀都已形成,不管對于任何人或事物,他只會憑本能和直覺領會,絲毫不懂得加以修飾和轉圜。也因此,玻爾才會發出感嘆:“在所有的物理學家中,狄拉克擁有最純潔的靈魂。”

從內到外的純粹,當訴諸筆端時是同樣簡練的風格。狄拉克的文章,筆跡總是整潔優雅,幾乎任何手稿都可以不加修飾、增減,直接成文。當代世界著名物理學家楊振寧在提到狄拉克時也不由感嘆“秋水文章不染塵”,沒有任何渣滓,直達深處,直達宇宙的奧秘。

為了陪伴家人而離開科學中心的巨匠,恐怕除了狄拉克再沒有其他人。1970年,為了與遠嫁美國的女兒住得更近一些,狄拉克毫不猶豫地離開劍橋科學中心,攜家帶口前往美國佛羅里達州定居,平靜地度過了輝煌一生的最后14年。1984年10月20日,狄拉克的世界終于歸于平靜,這一次的沉默成了永恒。

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