演講人：保羅A.M.狄拉克
于邁阿密大學(xué)理論研究中心
狄拉克教授簡(jiǎn)介
我很榮幸能向大家簡(jiǎn)要地介紹一下狄拉克教授。（我之所以要這樣做是因?yàn)樵谧母魑徊⒉欢际俏锢韺W(xué)家。）我將要帶給大家的是科學(xué)界對(duì)于狄拉克教授的一種代表性見解。
狄拉克教授于1902年出生于英格蘭的布里斯托。他畢業(yè)于布里斯托大學(xué)，并在劍橋獲得哲學(xué)博士學(xué)位，此后決定在劍橋大學(xué)研究理論物理并對(duì)當(dāng)時(shí)還在發(fā)展中的量子理論做出了巨大貢獻(xiàn)。如果沒有狄拉克的符號(hào)表示，海森堡的矩陣力學(xué)將很難被視為大自然的法則。我們現(xiàn)在知道并應(yīng)用的量子力學(xué)是用狄拉克符號(hào)表示的。
二十世紀(jì)二十年代是物理界充滿刺激的時(shí)代。重大發(fā)現(xiàn)似乎出現(xiàn)在一夜之間。隨著量子理論的出現(xiàn)，一條豐富而有意義的道路敞開了。那個(gè)時(shí)候引導(dǎo)物理學(xué)家的麥加圣地之一，是哥廷根。年輕的狄拉克是這個(gè)隊(duì)伍中的一員——而且是最有才的一位。23歲時(shí)他就已經(jīng)寫出他那將量子理論概念建立在牢固數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的經(jīng)典論文。他將相對(duì)論的思想與量子理論的思想相調(diào)和，構(gòu)建出著名的相對(duì)論性波動(dòng)方程，預(yù)言了電子磁矩的存在并引出一個(gè)新現(xiàn)象，即自旋。他進(jìn)一步預(yù)言每一種自旋為的基本粒子都有質(zhì)量相同但電荷相異的對(duì)應(yīng)粒子，或者說，就是每個(gè)這樣的粒子都有一個(gè)反粒子。這是一個(gè)先知性的預(yù)言。對(duì)電子來說，與其相對(duì)應(yīng)的是正電子，后者被安德森于1932年在宇宙射線實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)。之后，電子與正電子對(duì)也最終在實(shí)驗(yàn)室中被制造出來。同樣地，質(zhì)子和中子也應(yīng)該有對(duì)應(yīng)的反粒子?？紤]到它們的質(zhì)量幾乎是電子的2000倍，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)必須等到有大型粒子加速器建造起來，這樣才能靠它讓質(zhì)子束撞擊原子核來制造質(zhì)子和中子的反粒子。這項(xiàng)工作完成于1955年。狄拉克關(guān)于場(chǎng)與粒子的統(tǒng)計(jì)公式，他在引力波研究領(lǐng)域的工作還有他對(duì)磁單極子的預(yù)言都是他對(duì)自然現(xiàn)象的原創(chuàng)性及深刻的理解的象征。
狄拉克諸多發(fā)現(xiàn)在基礎(chǔ)理論已經(jīng)具有深遠(yuǎn)影響，即便是現(xiàn)在，我們?cè)诶碚撐锢矸矫娴难芯慷际怯傻依说乃枷牒退谋硎痉ㄒ龑?dǎo)的。當(dāng)一個(gè)人有了什么新想法，習(xí)慣性的做法是，向別人問一下狄拉克在這個(gè)領(lǐng)域是否做過什么工作。結(jié)果是，大部分情況下，這個(gè)課題已經(jīng)被狄拉克做過深刻而又優(yōu)美且具有原創(chuàng)性的工作了。
狄拉克的工作除了給他自己帶來了諾貝爾獎(jiǎng)和其它無數(shù)榮譽(yù)和獎(jiǎng)勵(lì)外，也對(duì)其他一些諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的工作提供了幫助，后者的工作是在狄拉克的思想和開創(chuàng)的道路上完成的。這里僅僅列舉其中的幾位：威利斯•蘭姆、朱利安•施溫格、尤因•魏格納、理查德•費(fèi)曼、朝永振一郎、C.D.安德森、E.塞雷格、O.張伯倫以及其他一些人。（這其中的一些人作為嘉賓出席了會(huì)場(chǎng)。）狄拉克在他人生最初的二十多年里取得的成就成為了諾貝爾基金會(huì)在1933年他31歲時(shí)授予他諾貝爾獎(jiǎng)的依據(jù)。
狄拉克教授獲得J.羅伯特•奧本海默紀(jì)念獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)演說
我很感謝委員會(huì)評(píng)選我為奧本海默獎(jiǎng)的第一位獲獎(jiǎng)?wù)?。我很感謝邁阿密大學(xué)給予我的這份殊榮。我很感謝Kursunoglu博士剛剛所做的關(guān)于我的美好言論。在某種程度上我也許得解釋一下潛藏在他美言之下的一些事情。
我特別高興地能夠獲得奧本海默獎(jiǎng)，因?yàn)槲沂菉W本海默的好友和欽慕者。我認(rèn)識(shí)他已經(jīng)超過四十年了。在學(xué)生時(shí)代，我們還曾經(jīng)一起在哥廷根待過一段時(shí)間。我們住在同一所寄宿學(xué)校，去聽同樣的課程并且發(fā)現(xiàn)我們對(duì)于課堂外的事物同樣抱有興趣。我們都喜歡漫步，偶爾還一起花上一整天走過整個(gè)鄉(xiāng)間。這段時(shí)間之后，我遇見過他許多次，因而得以發(fā)現(xiàn)他所擁有的令人嘆服的特質(zhì)，特別是他作為研討會(huì)或座談會(huì)主席的才能。他思維迅敏，可以使他捕捉到討論的要點(diǎn)；如果報(bào)告上有什么地方?jīng)]有解釋清楚，或是對(duì)某些聽眾提出的問題，報(bào)告人不能明確地表達(dá)出來的話，為使每個(gè)人都能獲知明確的觀點(diǎn)及讓討論會(huì)條理清晰地進(jìn)行下去，奧本海默通常都會(huì)出面，以一種正如所需的簡(jiǎn)潔方式解釋一遍。他的英年早逝，是科學(xué)界，也是對(duì)我們的一大損失。因?yàn)槲遗c他深厚的個(gè)人情誼，我尤其能感覺到這種損失之巨。
我想在這里大體陳述下我的科學(xué)工作，而且我想在這種場(chǎng)合下我所說的應(yīng)該完全非技術(shù)化。所以我將通過幾條線索來敘述，并嘗試著讓你了解到一個(gè)研究工作者在對(duì)理論線索的狂熱追蹤并希望得到一些對(duì)物理學(xué)發(fā)展有重大影響的重要結(jié)論時(shí)的感受。你也許會(huì)覺得一個(gè)優(yōu)秀的研究工作者在這種情況下會(huì)以一個(gè)完全邏輯的思維對(duì)形勢(shì)進(jìn)行非常淡定、冷靜的審視，并以一種絕對(duì)理性的方式繼續(xù)發(fā)展自己的想法。其實(shí)事實(shí)遠(yuǎn)非如此。研究工作者只是普通人，而且，如果他抱有極大的希望，那他也會(huì)感到極大的恐懼。（我難以想象某個(gè)人能一直懷抱極大的希望而不在其中連帶著極大的恐懼。）結(jié)果是，他的行動(dòng)備受影響，他不能將注意力牢牢地集中在正確的發(fā)展邏輯上。
在這一點(diǎn)上我將主要談?wù)勎易约旱慕?jīng)驗(yàn)，但從我與其他物理學(xué)家，其中不乏杰出者，交談的經(jīng)歷中，我感覺我將說的還是比較普遍的，你可以將它視為所有涉及基礎(chǔ)物理理論研究的工作者的普遍情況?？謶謱?duì)他們的影響已達(dá)到能支配其左右之程度。
我認(rèn)為類似的恐懼也出現(xiàn)在其它情況，在這些情況中，我們沒有關(guān)于事件的任何直接線索。在這一點(diǎn)上我想特別舉出洛倫茲的例子。你們中學(xué)過相對(duì)論的一定會(huì)驚訝為什么洛倫茲都成功且正確地得到了構(gòu)建相對(duì)論時(shí)空的基本方程，卻沒有邁出建立相對(duì)論的最后一步。他做了所有的艱苦工作——需要的所有數(shù)學(xué)——但他沒能超過這一界限，你也許會(huì)問自己“為什么呢？”吧。
我認(rèn)為他一定是在恐懼和壓抑前退縮了。他真的很害怕在全新的領(lǐng)域冒進(jìn)，去質(zhì)疑長期以來一直被接受的理念。他更喜歡待在他堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基石上。只要他在那他的立場(chǎng)就無懈可擊。如果他走得更遠(yuǎn)，他將不知道自己將卷入怎樣的批判中。我相信支配他的正是這種希望絕對(duì)安定的想法。
愛因斯坦邁出這必要的一步，宣稱時(shí)間和空間是相聯(lián)系的還需要數(shù)年的時(shí)間和勇氣。邁出我們現(xiàn)在認(rèn)為的一小步對(duì)于那時(shí)候的人們來說是非常困難的。
我所說的當(dāng)然也只是猜測(cè)，但我感覺它也與事實(shí)保持相當(dāng)?shù)囊恢?。我還沒有見過任何其它解釋來說明一個(gè)人如何會(huì)離一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)如此之近而最終與之失之交臂，即便僅僅差一小步。
讓我們?cè)俎D(zhuǎn)來看看量子力學(xué)的發(fā)展。它發(fā)端于海森堡的一個(gè)絕妙想法。他的想法是一個(gè)人應(yīng)該依靠實(shí)驗(yàn)觀測(cè)提供的量來建立（原子）理論，而不是像人們之前做的那樣，先建立一個(gè)包含許多不能被觀測(cè)的量的原子模型。隨著這個(gè)理念，海森堡也開創(chuàng)了一代新哲學(xué)，它認(rèn)為物理——物理理論——應(yīng)該與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)緊密相連而不應(yīng)該始于與可觀測(cè)量相距甚遠(yuǎn)的物理量。
這是海森堡的一個(gè)絕佳理念，通過整合與原子光譜有關(guān)的各方面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，他引入了矩陣，并隨后認(rèn)為可以用矩陣表示原子中出現(xiàn)的物理變量，諸如電子的位置和速度等。在意識(shí)到矩陣表示將導(dǎo)致物理量不滿足乘法交換律之前，海森堡并沒有前進(jìn)太遠(yuǎn)。兩個(gè)物理量A和B的關(guān)系通常是：A乘B不同于B乘A。
當(dāng)他發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)是，他真的十分慌亂。這是多么詭異的想法啊。早先的物理學(xué)家們都總是認(rèn)為他們作為物理量使用的變量符合一般的代數(shù)定律。（在他們看來）兩個(gè)物理對(duì)象以某種順序相乘所得的結(jié)果與以另一種順序相乘得到的結(jié)果不同是不可思議的。因此這是最令海森堡煩擾的地方。他擔(dān)心這是他理論的根本缺陷并可能導(dǎo)致這整個(gè)優(yōu)美的理念最終被毀棄。
我當(dāng)時(shí)收到了海森堡第一份研究工作發(fā)表前的早期副本并研究過一段時(shí)間。在一兩周的時(shí)間內(nèi)，我發(fā)現(xiàn)非對(duì)易是海森堡的新理論里真正主導(dǎo)性的特征：它實(shí)際上比海森堡關(guān)于構(gòu)建理論必須使用與實(shí)驗(yàn)結(jié)果緊密相連的觀測(cè)量這個(gè)理念更加重要。所以我集中于非對(duì)易這個(gè)思想并研究人們到目前為止使用的一般的力學(xué)量需要如何進(jìn)行修正才能融合在這個(gè)思想下。
在這個(gè)階段，你們可以看到，我勝過了海森堡，因?yàn)槲覜]有他那種恐懼的心理。我并不畏懼海森堡的理論會(huì)崩潰。它并沒有像影響海森堡那樣影響到我。這并不意味著我必須從頭開始。
我認(rèn)為有個(gè)普遍的規(guī)則是：一個(gè)新思想的首創(chuàng)者并不是去發(fā)展它的最佳人選，因?yàn)樗麑?duì)其中某些地方可能出錯(cuò)的擔(dān)憂太過強(qiáng)烈，阻止了他以一種超然的眼光來看待他的方法，而他本應(yīng)該這樣做的。
在此我比海森堡更有優(yōu)勢(shì)。我還有著另一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。我當(dāng)時(shí)是一個(gè)研究生，除了做研究沒有其它的義務(wù)。我可以在靈感初現(xiàn)之時(shí)就去思考它。而如果我年長或年輕幾歲，我都將錯(cuò)過這種機(jī)會(huì)。但似乎每件事都對(duì)我有利。
另外，對(duì)于修正普通力學(xué)量以適應(yīng)非對(duì)易關(guān)系的引入這個(gè)問題，我已經(jīng)習(xí)慣于玻爾和索末菲的理論——原子軌道理論——并且這個(gè)理論與發(fā)端于哈密頓的一種力學(xué)形式有緊密的聯(lián)系，這種形式是哈密頓在將近一百年前發(fā)現(xiàn)的。我們發(fā)現(xiàn)，哈密頓的力學(xué)量形式正是最適合引入非對(duì)易關(guān)系的形式，而且解決如何將二者合二為一這個(gè)問題也不是一件困難的事。
量子力學(xué)還有另一種形式，這種形式完全由薛定諤獨(dú)立發(fā)現(xiàn)。他依據(jù)的是一些（跟我和海森堡）不一樣的想法并有著自己的困難。他的想法是基于波和粒子之間的非凡關(guān)系，這個(gè)關(guān)系是在比當(dāng)時(shí)稍早一點(diǎn)的時(shí)候由德布羅意發(fā)現(xiàn)的。德布羅意發(fā)現(xiàn)的這個(gè)關(guān)系在數(shù)學(xué)形式上非常美觀，而且和相對(duì)論也保持一致。它非常難以理解，但因?yàn)樗鼣?shù)學(xué)上的美觀，人們認(rèn)為這個(gè)數(shù)學(xué)形式顯示了波和粒子之間一定有一個(gè)深層次的關(guān)系。
德布羅意的想法僅適用于自由電子，而薛定諤則面臨著這樣一個(gè)問題：修正德布羅意方程使之能應(yīng)用于在場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電子，尤其是，讓它能夠用于描述原子中的電子。在這個(gè)課題上工作了一段時(shí)間后，薛定諤得到了一個(gè)方程，一個(gè)簡(jiǎn)潔而美觀的方程，而且從一個(gè)一般的視角看它似乎是正確的。
當(dāng)然，接下來就需要應(yīng)用它了，看看它是否符合現(xiàn)實(shí)。薛定諤將他的方程應(yīng)用到氫原子的電子上并算出了氫原子的光譜。但他得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符。這令薛定諤非常失望。這是一個(gè)狂熱地追尋理論蹤跡的研究工作者最終發(fā)現(xiàn)他所有最擔(dān)憂的事情都成為現(xiàn)實(shí)的例子。一個(gè)理論是如此美觀，如此令人期待，卻偏偏與現(xiàn)實(shí)不符。
之后薛定諤是怎么做的呢？他極其不開心。他對(duì)我說，他放棄了幾個(gè)月來的所有工作。然而稍后，當(dāng)他多少從沮喪中恢復(fù)一些時(shí)，他回到了之前的工作并注意到，如果他不要求他的想法有太高精確性，不考慮電子的相對(duì)性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的效應(yīng)的話，這樣一個(gè)不那么精確的理論結(jié)果就與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)相符了。他隨即發(fā)表了這份稍欠精密的工作成果并得以建立他的符合觀測(cè)的理論。
他就是以這樣一種方式建立了量子力學(xué)的另一種形式。在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行研究的人很快發(fā)現(xiàn)，這種形式與海森堡發(fā)現(xiàn)的形式基本等價(jià)。它們只是同一個(gè)理論，也即現(xiàn)在的量子力學(xué)的兩種形態(tài)。
薛定諤還是太膽小地放棄了他一開始得到的那個(gè)不符合氫原子光譜的相對(duì)論性方程。這個(gè)方程在稍后被克萊因和戈登重新發(fā)現(xiàn)，即便不符合觀測(cè)，他們還是把它發(fā)表了。薛定諤的原始方程之所以不符合觀測(cè)是因?yàn)闆]有考慮電子的自旋。電子自旋的概念在當(dāng)時(shí)還沒有建立起來。實(shí)驗(yàn)提供了很多自旋的線索，但這些線索非常模糊。也許薛定諤不知道這些。
克萊因和戈登發(fā)表的相對(duì)論性方程與薛定諤之前得到的方程實(shí)際上是一樣的。克萊因和戈登在這一方面的貢獻(xiàn)就在于他們有足夠的勇氣不被方程與觀測(cè)缺乏一致這一點(diǎn)干擾。結(jié)果是，雖然它在那時(shí)的一或兩年前就被薛定諤發(fā)現(xiàn)了，但是這個(gè)方程現(xiàn)在被稱為克萊因-戈登方程。這個(gè)方程在描述沒有自旋的粒子——比如某些介子——具有一定價(jià)值，但它對(duì)電子完全不適用。
以上便是量子力學(xué)的發(fā)端。我們?cè)谝婚_始就有了一個(gè)很明確的數(shù)學(xué)理論，然而在找到方程的合適解釋上進(jìn)展緩慢。它必然是一個(gè)統(tǒng)計(jì)解釋。很多人在研究這個(gè)問題。當(dāng)起點(diǎn)已經(jīng)堅(jiān)實(shí)地建立起來之后，這個(gè)問題實(shí)際上已經(jīng)不那么困難了。
只要不檢驗(yàn)相對(duì)論性的修正，理論就不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問題。照我看來，薛定諤方程只在忽略這些修正的近似情況下有效。如果有人試圖利用克萊因-戈登的相對(duì)論性方程來解決問題，那么他的結(jié)果不僅與觀測(cè)不符，而且還與這個(gè)方程的邏輯解釋不符。如果對(duì)克萊因-戈登方程應(yīng)用那些為量子力學(xué)量身定制的通則，那么你們將會(huì)看到它將導(dǎo)致負(fù)概率，這顯然是相當(dāng)荒謬的。
克萊因-戈登方程需要許多修正。我為此困惑過一段時(shí)間，最終我得以想到另一個(gè)方程，這個(gè)方程可以克服負(fù)概率的邏輯困難。我馬上發(fā)現(xiàn)這個(gè)新方程正確地給出了電子的自旋和磁矩。這一切都符合要求。
于是問題升級(jí)了：它是否能夠令人滿意地解釋氫原子光譜？我將它解了出來，只考慮了相對(duì)論性修正一階近似，在這個(gè)程度上得到了符合實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。接下來檢驗(yàn)更高階近似的解來看看它們是否也與實(shí)驗(yàn)相符是很自然的事情。但是我沒有做這件事，僅僅是因?yàn)槲液ε铝?。我?dān)心它們不是正確的。如果高階近似解不符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也許這整個(gè)思想的基礎(chǔ)都將被拋棄，而我只是無法面對(duì)這個(gè)結(jié)果。所以我匆忙地寫了篇論文，給出一階近似解并指出至少在這個(gè)精確度下，理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)都相符合。這樣我就獲得了有限的成功，這將成為他人可以依據(jù)的基礎(chǔ)而與將來是否有效無關(guān)。在像那樣的情形下，懷著一份對(duì)一些堅(jiān)實(shí)的成功的需要的恐慌，我在任何可能令整個(gè)理論遭受滅頂之災(zāi)的事情發(fā)生之前非常匆忙地將這個(gè)一階近似的結(jié)果發(fā)表了。
我留下的這個(gè)空白由達(dá)爾文進(jìn)行了填補(bǔ)。你看，達(dá)爾文就可以不帶有一絲我這樣的恐懼來面對(duì)這個(gè)課題。他對(duì)每一階都進(jìn)行了必要的精確計(jì)算并發(fā)現(xiàn)它們都是符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的，而我聽到這后也是舒了一口氣。
此時(shí)相對(duì)論的基本思想是空間和時(shí)間的對(duì)稱。但是這個(gè)對(duì)稱并不是一個(gè)十分完美的對(duì)稱。為使之完美，我們不得不改變其中一些方程里的符號(hào)。我們可以通過在某些物理量中引入-1的平方根（√-1）以帶來必要的符號(hào)改變。（在某些坐標(biāo)軸下只要有四維矢量我們就必須引入-1的平方根。）在將這些物理量經(jīng)過這種修改后，我們就得到了空間和時(shí)間的完全對(duì)稱。早期的相對(duì)論工作者對(duì)空間和時(shí)間的這種對(duì)稱性的印象頗為深刻，并試圖堅(jiān)定地堅(jiān)持這一點(diǎn)——不惜一切代價(jià)地去捍衛(wèi)它。所以他們頻繁地使用這種包含-1的平方根的標(biāo)記方法，僅僅是為了引入完全的對(duì)稱。這樣做的結(jié)果就是像上面那個(gè)式子那樣的表達(dá)式。這種標(biāo)記法十分普遍。我在看我早期筆記的時(shí)候發(fā)現(xiàn)我一直都在用。它普遍到人們都不用費(fèi)心再去提它；每當(dāng)他們?cè)谡撐闹杏玫剿鼤r(shí)它都為人所理解。一個(gè)人可以從表達(dá)式中的符號(hào)看出是否需要在基本變量中插入-1的平方根，而且還不需要花費(fèi)時(shí)間去解釋它。所以，當(dāng)人們不再覺得有必要堅(jiān)持空間和時(shí)間對(duì)稱時(shí)，現(xiàn)在看起來像是印刷錯(cuò)誤的地方并不是一個(gè)錯(cuò)誤，而是一個(gè)相對(duì)論發(fā)展之路上遺留的一個(gè)歷史結(jié)果。
這個(gè)階段之后，量子理論將會(huì)如何發(fā)展下去呢？我們已經(jīng)有一個(gè)可用的相對(duì)性方程。它對(duì)氫原子這樣的簡(jiǎn)單情況給出與實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度接近的理論結(jié)果。隨即一個(gè)新問題就被發(fā)現(xiàn)了，那就是，在解這個(gè)方程的時(shí)候，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)電子有負(fù)能量的能級(jí)。一個(gè)粒子處在一個(gè)具有負(fù)能量的狀態(tài)下，當(dāng)然，是完全不可能的。從實(shí)驗(yàn)的角度來看，這種情況肯定不會(huì)被觀測(cè)到。所以這件事說明，一個(gè)人在解決一個(gè)困難之后僅僅只是陷入了另一個(gè)困難之中?？茖W(xué)發(fā)展中頻頻出現(xiàn)的一種現(xiàn)象是，當(dāng)一個(gè)人克服了一個(gè)困難之后，他馬上又會(huì)面對(duì)一個(gè)新的問題，而且初看之下你會(huì)認(rèn)為事情并沒有什么實(shí)際進(jìn)展。但實(shí)際上事情是有進(jìn)展的，因?yàn)樾碌膯栴}比舊的走出更遠(yuǎn)。如果你從更近距離地看待這件事，你通常會(huì)發(fā)現(xiàn)新問題其實(shí)一直就在那。先前它只是隱匿起來了，被更加粗糙的困難所淹沒，并且在這些粗糙的問題被解決之后，人們才將他們的目光聚焦在這個(gè)新問題上。
當(dāng)負(fù)能量狀態(tài)這個(gè)新問題出現(xiàn)之時(shí)，它便是一個(gè)新出現(xiàn)的問題其實(shí)并不是新問題的例子；它其實(shí)一直就擺在那。在任何相對(duì)性理論中（負(fù)能態(tài)）這個(gè)困難都存在著，它甚至早在洛倫茲的舊經(jīng)典理論中就已經(jīng)存在。但它在那些情況下并不成為問題，因?yàn)橐粋€(gè)電子永遠(yuǎn)不可能躍遷到任何一個(gè)負(fù)能態(tài)之中。連續(xù)性禁止了這種躍遷。然而，在新量子理論中，這樣的躍遷可以發(fā)生，因而這個(gè)困難不能以先前的方式被人忽略。
我發(fā)現(xiàn)跳出這個(gè)困難發(fā)現(xiàn)一條解決途徑也并不是非常困難。這個(gè)想法是由化學(xué)中的化學(xué)鍵理論想到的。在這個(gè)理論里，人們通常認(rèn)為原子中形成滿殼層的電子對(duì)化學(xué)鍵完全沒有貢獻(xiàn)?；瘜W(xué)鍵的形成來源于一個(gè)滿殼層之外的電子，也有可能是形成于一個(gè)不完全的殼層或滿殼層上的一個(gè)電子空穴。
我們可以將同樣的思想應(yīng)用到負(fù)能量狀態(tài)上，并假設(shè)通常所有的負(fù)能量狀態(tài)都被填滿了電子，這與化學(xué)理論中滿殼層被填滿如出一轍。在這種情況下，通常正能量的電子不能躍遷到負(fù)能態(tài)上。然而，我們可以想象在某些特定的條件下在負(fù)能態(tài)上可能會(huì)出現(xiàn)空穴，而我們必須對(duì)此作出解釋。
可能有些人會(huì)發(fā)現(xiàn)這種空洞的行為與粒子很相像。它將是一個(gè)帶著正電荷和正質(zhì)量的粒子。從我發(fā)現(xiàn)這個(gè)想法的一開始，我就覺得這意味著空穴和電子之間具有對(duì)稱性，因此這個(gè)空穴具有與電子相同的質(zhì)量。那么我們?nèi)绾蝸砝斫膺@個(gè)空穴呢？它們也許是帶有正電荷的粒子。當(dāng)時(shí)唯一知道的帶有正電荷的粒子是質(zhì)子。幾十年以來，物理學(xué)家已經(jīng)以電子和質(zhì)子為基礎(chǔ)建立起他們的物質(zhì)理論。他們對(duì)僅有兩種基本粒子這一點(diǎn)非常滿意。電子攜帶負(fù)電荷，而質(zhì)子攜帶正電荷，這就是所有需要的東西。盧瑟福提出一些試探性的想法認(rèn)為也許會(huì)有第三種粒子——中子。這僅僅是被人們偶然提及的假設(shè)罷了，沒有人真的嚴(yán)肅對(duì)待這個(gè)問題。
在這個(gè)基礎(chǔ)上，自然界中僅有的粒子是電子和質(zhì)子，這告訴我這種空穴只能是質(zhì)子。而這是一個(gè)很大的困擾，因?yàn)橘|(zhì)子的質(zhì)量與電子相距甚遠(yuǎn)。它們要比電子重很多。那么要如何解釋質(zhì)量上的這個(gè)差異呢？
我對(duì)此研究了一段時(shí)間以期找到解釋它的原因。我期冀著也許電子間的庫侖力也許會(huì)引發(fā)出負(fù)能態(tài)上所有電子間的某種聯(lián)系，而這種聯(lián)系導(dǎo)致了質(zhì)量上的差異，雖然我并不能看出為什么會(huì)發(fā)生這個(gè)。但我還是認(rèn)為在這個(gè)基本思想中還有些什么。因此我將它作為一個(gè)電子和質(zhì)子的理論發(fā)表了，而對(duì)質(zhì)子如何會(huì)具有與電子如此不同的質(zhì)量這個(gè)問題沒做什么解釋。
這個(gè)想法被赫爾曼-外爾發(fā)展了。他大膽地認(rèn)為空穴的質(zhì)量就是和電子的質(zhì)量相同。由于外爾是一個(gè)數(shù)學(xué)家，他完全不是一個(gè)物理學(xué)家。他僅關(guān)心一個(gè)想法的數(shù)學(xué)結(jié)果，從各種對(duì)稱的角度考慮看看能得出什么結(jié)果。而這種數(shù)學(xué)方法直接導(dǎo)出空穴質(zhì)量必須與電子相同的結(jié)論。外爾只是發(fā)表了一篇粗糙的陳述，聲明空穴必須具有與電子相同的質(zhì)量，而沒有對(duì)這份斷言作出任何具有物理含義的評(píng)論。也許他并不真的關(guān)心其中的物理含義。他只關(guān)心得到一致的數(shù)學(xué)結(jié)果。
在理論發(fā)展的這一階段，奧本海默作出了一份貢獻(xiàn)。他接受了外爾關(guān)于空穴質(zhì)量與電子相同的結(jié)論并面對(duì)著這個(gè)空穴并沒有在現(xiàn)實(shí)中觀測(cè)到這個(gè)物理現(xiàn)實(shí)。奧本海默只是說，這其中存在某些我們還不知道為什么空穴從未被觀測(cè)到的原因。他同意空穴與質(zhì)子沒有任何關(guān)系的觀點(diǎn)，所以在它們?yōu)楹螞]有出現(xiàn)在自然界這一點(diǎn)的背后必然隱藏著某些神秘的原因。
其實(shí)，奧本海默在他的假設(shè)下已經(jīng)很接近事情的真相?？昭]有被觀測(cè)到的原因僅僅只是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)工作者沒有找對(duì)地方，或者即便他們觀測(cè)到了，他們也不知道看到的是什么。
我還能記得在這些早期歲月里，甚至比這個(gè)電子和質(zhì)子的理論還要早點(diǎn)，當(dāng)我與那些在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室觀察粒子在磁場(chǎng)中軌跡的人交談時(shí)，他們會(huì)提到有時(shí)會(huì)觀察到電子射入粒子發(fā)射源。他們認(rèn)為這只是巧合。沒有人想到這個(gè)問題值得進(jìn)一步研究。這個(gè)有一種新粒子從粒子源發(fā)射出來，而不是一個(gè)普通的電子進(jìn)入發(fā)射源的想法，相對(duì)那個(gè)時(shí)候的思維模式來說是完全陌生的。我不認(rèn)為會(huì)有誰會(huì)對(duì)此提出什么懷疑。那些帶有正電荷且質(zhì)量與電子相等的粒子存在的證據(jù)就在他們眼前，但他們卻沒能對(duì)他們所見到的東西有所鑒別。
確立存在正電子這個(gè)事實(shí)還需要幾年的實(shí)驗(yàn)發(fā)展。布萊克特幾乎是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)正電子存在的有力證據(jù)的人，但他卻沒敢發(fā)表這個(gè)結(jié)果。他還需要確認(rèn)，他真的十分謹(jǐn)慎。而第一個(gè)發(fā)表正電子存在的證據(jù)并被冠以正電子發(fā)現(xiàn)人這一稱號(hào)的的人則變成了安德森。
每當(dāng)回顧起那些日子，我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)人們真的有多么多么地不愿意去接受一種新粒子。這一點(diǎn)對(duì)理論工作者和實(shí)驗(yàn)工作者都是如此。他們似乎更愿意尋找任何可能的解釋也不愿去假定存在這種新粒子。我們要將最明顯而又無懈可擊的證據(jù)擺在他們眼前，否則他們也只是勉強(qiáng)被迫地接受這種新粒子。自那些年來風(fēng)氣已經(jīng)全然改變。現(xiàn)在新粒子正在一個(gè)很大的數(shù)量下被不停地假設(shè)和提出。今天通常使用的粒子已經(jīng)有一百或更多種。人們已經(jīng)非常急切地去發(fā)表新粒子的證據(jù)，不管這些證據(jù)是來自于實(shí)驗(yàn)還是一些根基不牢的理論思想。
接受正電子是艱難的第一步。緊隨其后的就是中子的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了盧瑟福幾年前的假設(shè)，而之后則是中微子和各種介子被發(fā)現(xiàn)。
以上就是量子力學(xué)基礎(chǔ)建立起來的早期歲月。這些積淀等待著這樣一個(gè)理論，只要你不去研究尺度極小或者能量太高的情況，它就能夠很好地解釋所有發(fā)生在原子層面的事件。（然而）當(dāng)一個(gè)人沿著這些蹤跡行至更遠(yuǎn)并踏入一個(gè)新困難時(shí)，他會(huì)感覺跳出這個(gè)困難的必要的基礎(chǔ)思想還尚未獲得。
自那些基本思想建立起來之后所做的工作都是很重要的，但它們還不是（和基本思想）一樣的基本標(biāo)準(zhǔn)。人們已經(jīng)得到了那些早期思想所得能到的結(jié)論，并且正在檢查在問題變得困難起來之前他們還能走多遠(yuǎn)。這些困難來源于這樣一個(gè)事實(shí)：基本粒子和場(chǎng)之間的相互作用對(duì)于要建立一個(gè)符合要求的理論來說顯得過于強(qiáng)烈了。一個(gè)人得用盡各種花招才能讓理論更進(jìn)一步。他不得不只能建立一個(gè)沒有什么基礎(chǔ)依據(jù)，或多或少都有些拼湊的理論。
我們現(xiàn)在的情況是：這些基本困難依舊存在。我們需要一位新時(shí)代的海森堡來找到擺脫它們的方法。而實(shí)驗(yàn)工作者們則完全不受理論困難的阻撓穩(wěn)步前行。他們不斷積累著實(shí)驗(yàn)結(jié)果并挑戰(zhàn)理論物理學(xué)家們找到符合這些結(jié)果的理論。實(shí)驗(yàn)的問題在于它非常燒錢，但即便這樣，實(shí)驗(yàn)工作還是在國際競(jìng)爭(zhēng)的刺激下在各實(shí)驗(yàn)中心持續(xù)進(jìn)行著。
我本人自早期以來的工作一直是次要的，我想除了某一點(diǎn)我不需要提到過多的細(xì)節(jié)。這一點(diǎn)就是在正電子存在這一觀點(diǎn)建立之后，我由此而思考著一種新粒子的存在，那就是磁單極子。在磁單極子存在的前提下我們可以得到很優(yōu)美的數(shù)學(xué)形式，如果我們發(fā)現(xiàn)自然界真的存在磁單極子，那么人們一定會(huì)歡呼雀躍，因?yàn)檫@樣一來這種優(yōu)美的數(shù)學(xué)形式就有用武之地了。然而，倘若真的沒有發(fā)現(xiàn)磁單極子，我對(duì)這個(gè)理論也沒有任何擔(dān)心了。如果這個(gè)數(shù)學(xué)形式并不符合自然也無所謂了，因?yàn)檫@個(gè)理論比較獨(dú)立，一個(gè)人在不影響量子理論主要思想的前提下完全可以放棄它。
正是一個(gè)人在挑戰(zhàn)（一個(gè)理論的）中心思想時(shí)他才會(huì)同時(shí)感受到極大的興奮和對(duì)可能出錯(cuò)的極度的恐慌。而自從那段早期時(shí)期以來這種興奮就不復(fù)出現(xiàn)。我們可以把從1925年開始的幾年稱為物理學(xué)的黃金時(shí)代，在這幾年間基本思想的發(fā)展非常迅速，而且每個(gè)人都有很多工作可以做。而黃金時(shí)代建立的那些思想的局限性現(xiàn)在已經(jīng)顯現(xiàn)出來，我們都希望能有一些新奇的思想激起一個(gè)新的黃金時(shí)代的到來，從而再次引導(dǎo)出一個(gè)伴隨著極大的希望和恐慌的快速發(fā)展的時(shí)期。
（全文完。）
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