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保羅·狄拉克筆下人物的生活

保羅·迪拉克(Paul dirac),1902,出生於英格蘭西南部的布裏斯托爾,在畢曉普市長大。他的父親查爾斯·埃茲龍·拉迪斯拉夫·狄拉克是壹名法國教師,曾經在布裏斯托爾教書,他從瑞士瓦萊州的聖莫裏斯移民到英國。他的母親弗洛倫斯·漢娜·狄拉克原名霍爾頓,是壹名上尉的女兒,在布裏斯托爾中央圖書館擔任圖書管理員。保羅有壹個叫貝蒂的妹妹比阿特麗斯·伊莎貝爾·瑪格麗特和壹個叫費利克斯的哥哥雷金納德·查爾斯·費利克斯。菲利克斯於3月自殺1925。狄拉克後來回憶說:“我的父母非常難過。我不知道他們這麽關心...我從來不知道父母應該照顧孩子,但自從這件事之後,我知道了這件事。”

查爾斯及其子女註冊為瑞士公民,直到1919 10 10月22日才入籍為英國公民。盡管狄拉克的父親不贊成體罰,但他是壹個嚴格而專制的人。狄拉克與父親的關系非常緊張,以至於在父親去世後,他寫道,“我覺得更自由了。我想做我自己。”為了讓孩子們學法語,查爾斯強迫他們只說法語。但狄拉克發現自己無法用法語表達自己想說的話,於是選擇了沈默。

狄拉克第壹次接受教育是在主教路小學,然後是在男子商人合資技術學院(後來的考瑟姆學校)。他的父親是那裏的法語老師。這所學校是布裏斯托爾大學的附屬學校,他們喜歡這裏的空間和員工。這所大學強調技術課程,如砌磚、制鞋、金屬加工和現代語言。這在當時仍主要教授古典文學的英國中學教育中是壹個不尋常的安排。狄拉克後來對這些安排表示感謝。

之後,狄拉克在布裏斯托大學工程學院學習電子工程。盡管他最喜歡的科目是數學,但狄拉克後來聲稱工程教育對他有著深遠的影響:

“最初,我只對完全正確的方程感興趣。然而,我接受的工程訓練教會了我允許近似,有時我可以從這些理論中發現驚人的美,即使它是基於近似...如果沒有這些來自工科的訓練,我可能無法在以後的研究中取得任何成就...我在以後的工作中繼續使用這些不完整的嚴謹的工程數學,相信妳從我以後的文章中也能看出來...要求所有計算都完全精確的數學家在物理學上很難走得很遠。”

在1921拿到學位前不久,他參加了劍橋大學聖約翰學院的入學考試。他通過了入學考試,獲得了70英鎊的獎學金,但這不足以支付在劍橋學習和生活所需的巨額費用。雖然我畢業時獲得了壹級榮譽工程學士學位,但在英國戰後的經濟衰退中,我仍然找不到壹份工程師的工作。因此,他選擇接受免費在布裏斯托大學攻讀數學學士學位的機會。因為他已經完成了工程學位,所以他被允許修第壹年的課程。

1923年,狄拉克再次以壹等榮譽畢業,獲得了140的獎學金。加上約翰學院的70英鎊,這筆錢足夠他在劍橋生活和學習。最初,狄拉克想研究他壹直感興趣的相對論。然而,在拉爾夫·福勒的指導下,狄拉克開始接觸原子理論。福勒向狄拉克介紹了原子理論中的最新概念,如尼爾斯·玻爾等人的理論,狄拉克曾回憶說:

“我記得我第壹次看到玻爾的理論。我很驚訝...令人驚訝的是,在壹定條件下,我們實際上可以將牛頓定律應用於原子中的電子。第壹個條件是忽略電子輻射,第二個條件是加入量子。我還清楚地記得,當時玻爾的理論有多震撼。我相信玻爾引入的概念是量子力學發展的最大突破。”

後來狄拉克也試圖擴展玻爾的理論。1925年,沃納·海森堡提出了壹個以可觀測物理量為中心的理論,其中涉及到矩陣乘法的不可交換性。狄拉克壹開始並不是特別欣賞,但大約兩周後,他意識到了非對易性的重要意義,發現了泊松括號和海森堡矩陣力學規則在經典力學中的相似之處。基於這壹發現,他提出了更清晰的量子化規則(即規則量子化)。這篇論文《量子力學》發表於1926年,狄拉克因為這項工作獲得了博士學位。

同時,埃爾溫·薛定諤根據物質波的波動方程提出了自己的量子理論。狄拉克很快發現海森堡和薛定諤的理論是互補的,於是開始研究薛定諤的波動力學。

1926年9月,在福勒的建議下,狄拉克去了哥本哈根的尼爾斯·玻爾研究所壹段時間。在哥本哈根逗留期間,狄拉克繼續研究量子力學,並發展了壹個涵蓋波動力學和矩陣力學的廣義理論。這種方法類似於經典哈密頓力學的正則變換,並且允許使用不同組的可變基。此外,為了處理連續變量,狄拉克引入了新的數學工具——狄拉克δ函數。

狄拉克也開始研究輻射理論。他在《吸收和發射輻射的量子理論》壹文中,利用二次量子化的技術將波函數量子化,進壹步將光子輻射與玻色-愛因斯坦統計聯系起來。在這種方法中,壹個粒子集的量子態用它的粒子在各個能態的分布來表示,量子態是通過粒子的產生和消除來改變的。狄拉克表明這兩種方法是等價的,把電磁場當作光子或量子化場。實際上,這項工作引出了壹個新的物理課題——量子場論,二次量子化成為了量子電動力學的基礎。

1927年2月,狄拉克來到哥廷根,在那裏呆了幾個月,會見了赫爾曼·韋爾、梅克斯·玻恩、羅伯特·《奧本海默》等人。二戰開始後,由於師資力量不足,狄拉克的教學負擔加重。此外,他必須指導許多研究生。之前,狄拉克總是試圖逃避這種責任,寧願壹個人做研究。例外的是Chandraseka,壹個從1930到1931接手並指導Fowler的學生,和兩個因為梅克斯·玻恩離開劍橋去愛丁堡而從1935到1936最初接受Born指導的學生。狄拉克壹生指導過的學生不到12個(大部分在1940年代和50年代)。

戰爭期間,狄拉克投入同位素分離的研發,以獲得鈾235。這是原子能應用中的壹項關鍵技術。他和彼得·卡皮查試圖開發壹種用離心機分離氣體混合物的方法,但他們的實驗後來因卡皮查被困在俄羅斯而停止。

1941年,狄拉克與牛津大學弗朗西斯·西蒙團隊合作,提供了許多統計方法的實用意見。這些方法至今仍在使用。

此外,他還是伯明翰小組計算臨界質量的非正式顧問。狄拉克於1984年在佛羅裏達州的塔拉哈西去世,葬於當地的羅斯蘭公墓。狄拉克童年在布裏斯托爾的房子被裝飾上了藍色的牌匾,房子所在的道路也被命名為狄拉克路,以示他與這壹地區的聯系。當地主教路小學的墻上掛著壹塊牌子,上面寫著狄拉克最著名的狄拉克方程。

1991 8月1日,在狄拉克父親家鄉的聖莫裏斯花園豎起了壹塊紀念石。1995 165438+10月13壹塊由伯靈頓綠石板制成、刻有狄拉克方程的紀念石板在威斯敏斯特教堂首次亮相。牧師的負責人愛德華·卡彭特曾經反對過這件事,因為狄拉克是無神論者,他的意見被忽視了。

從65438年到0975年,狄拉克在新南威爾士大學做了五次系列講座。這壹系列講座後來被匯編出版成《物理學方向》(1978)壹書。他把這本書的版稅捐給了新南威爾士大學,並設立了壹系列狄拉克講座。狄拉克銀質獎章是學校在這種場合頒發的獎項。

狄拉克去世後,立即有兩個研究機構設立了紀念狄拉克的年度獎項:英國物理學會授予狄拉克獎章和獎金,以表彰“在理論(包括數學和計算方法)物理學方面的傑出貢獻”。前三名獲獎者分別是斯蒂芬·霍金(1987)、約翰·斯圖爾特·貝爾(1988)和羅傑·彭羅斯(1989)。國際理論物理中心(ICTP)在每年的8月8日(狄拉克的生日)頒發ICTP·狄拉克獎章。此外,英國物理學會在布裏斯托爾的出版總部被命名為狄拉克書屋。

佛羅裏達州立大學的狄拉克-赫爾曼獎是由布魯斯·赫爾曼博士(狄拉克的最後壹個博士生)於1997年設立的,旨在獎勵該校理論物理研究人員的傑出表現。

保羅·狄拉克科學圖書館,位於佛羅裏達州立大學,由曼奇於1989年創建。這裏收藏了狄拉克生前的論文,館外還有壹座銅像。塔拉哈西國家強磁實驗室所在的道路被命名為“保羅·狄拉克大道”。在他的家鄉布裏斯托爾,迪格特鎮的壹條路被命名為“狄拉克路”。英國廣播公司以狄拉克命名了它開發的壹種圖像壓縮格式。

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