预言反物质的狄拉克!(反物质已经发现了吗)

1902年8月8日,保罗·狄拉克

英国理论物理学家保罗·阿德里恩·莫莱斯·狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac,1902.8.8-1984.10.20)一出生就加入了瑞士国籍,直到1919年17岁时才取得英国国籍;他的父亲为了使孩子们学习法语,强迫他们只能说法语,但狄拉克常常无法用法语表达他想说的话就选择保持沉默。这使得父子关系很紧张,而且狄拉克成年之后仍习惯沉默。

狄拉克1918年入布里斯托大学工程学院学习电机工程,尽管最喜欢的科目是数学,但后来声称工程教育对他影响深远;1923年获得奖学金进入剑桥大学,希望研究一直以来感兴趣的相对论,却在拉尔夫·福勒(1889-1944)的指导下开始接触原子理论。福勒将原子理论中最新的概念如尼尔斯·玻尔等人的理论介绍给了狄拉克,于是狄拉克对物理学的主要贡献就是给出描述相对论性费米粒子的量子力学方程(狄拉克方程)、给出反粒子解、预言磁单极、费米—狄拉克统计,在量子场论尤其是量子电动力学方面也作出了奠基性的工作,在引力论和引力量子化方面也有杰出的工作;1930年当选为英国皇家学会会员,1932成为由牛顿担任过的剑桥大学的卢卡斯数学教授。

狄拉克给出的狄拉克方程可以描述费米子的物理行为,并且预测了反物质的存在。因为“发现了在原子理论里很有用的新形式”(即量子力学的基本方程——薛定谔方程和狄拉克方程),狄拉克和埃尔温·薛定谔共同获得了1933年诺贝尔物理学奖。狄拉克从剑桥大学的卢卡斯数学教授席位退休后,在佛罗里达州立大学度过了人生的最后十四个年头。

狄拉克原来从事相对论动力学的研究,自从1925年海森伯(1901-1976)访问剑桥大学以后,狄拉克深受影响,把精力转向量子力学的研究。1928年他把相对论引进了量子力学,建立了相对论形式的薛定谔方程,也就是著名的狄拉克方程。这一方程具有两个特点:一是满足相对论的所有要求,适用于运动速度无论多快电子;二是能自动地导出电子有自旋的结论。这一方程的解很特别,既包括正能态,也包括负能态。狄拉克由此做出了存在正电子的预言,认为正电子是电子的一个镜像,它们具有严格相同的质量,但是电荷符号相反。狄拉克根据这个图像,还预料存在着一个电子和一个正电子互相湮灭放出光子的过程;相反,这个过程的逆过程,就是一个光子湮灭产生出一个电子和一个正电子的过程也是可能存在的。

1932年,美国物理学家安德森(1903-1991)在研究宇宙射线簇射中高能电子径迹的时候,惊奇地发现强磁场中有一半电子向一个方向偏转,另一半向相反方向偏转,经过仔细辨认,这就是狄拉克预言的正电子。紧接着中国物理学家赵忠尧(1902-1998)发现正、负电子碰撞“湮灭”成光子等现象,全面印证了狄拉克预言的正确性。狄拉克的工作,开创了反粒子和反物质的理论和实验研究。

狄拉克是量子辐射☢️理论的创始人,曾经和费米各自独立发现了费米-狄拉克统计法;在美国佛罗里达州立大学发表过大量有关宇宙学方面的论文,推动宇宙学研究的发展;特别值得一提的是早在1930年代就从理论上提出可能存在磁单极的预言。近代物理学有关磁单极的理论研究和实验探测取得了迅速发展,假如真能从实验上证实磁单极存在,一定会引起物理理论的深刻变化。

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