狄拉克：沉默是金

文 涂興佩

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(xué)家薛定諤共享了當年的諾貝爾物理學(xué)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。

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?！弊屑氁幌耄孟翊_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(xiàn)實，走上了諾貝爾獎領(lǐng)獎臺。盡管，他是如此不希望受到別人的關(guān)注。

狄拉克講授《量子力學(xué)》

“我選擇保持沉默”

在20世紀量子力學(xué)界幾位著名的物理學(xué)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(chuàng)作的薛定諤……這些在常人眼中本應(yīng)該嚴肅古板的科學(xué)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。

“自從我發(fā)現(xiàn)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?！睂τ诘依硕?，沉默從來都是一種個人的選擇，無關(guān)乎交流場景以及交談對象。

1947年，荷蘭物理學(xué)家派斯在普利斯頓高等學(xué)術(shù)研究所工作時結(jié)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(jié)束了談話，派斯目瞪口呆。

1950年前后，天體物理學(xué)家席艾瑪拜狄拉克為導(dǎo)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(guān)于宇宙學(xué)中恒星形成問題的方法，可以告訴你嗎？”“不?！闭勗捑痛私Y(jié)束。

還有一次，狄拉克到美國威斯康星大學(xué)講課。到提問環(huán)節(jié)時，一名聽眾說道：“黑板右上方的那個方程我不懂?！睅追昼娺^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?！?/p>

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(xiàn)在，劍橋大學(xué)還流傳著“狄拉克單位”的神話。這并不是狄拉克在物理學(xué)中的創(chuàng)造，而是當年劍橋大學(xué)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(nèi)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(xué)家。

與海森堡合影

“上帝之眼”

一百年前的劍橋大學(xué)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(fēng)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(xué)之余唯一的放松時光。

“散步的目的是在一周緊張學(xué)習(xí)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?！痹诤髞淼南嚓P(guān)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(diào)到“令人發(fā)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(xué)早已經(jīng)吸引了他的所有目光。

最初，狄拉克希望研究一直以來感興趣的相對論，不過在導(dǎo)師——英國物理學(xué)家、天文學(xué)家拉爾夫·福勒的指導(dǎo)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(xué)訪問時帶來了他對量子力學(xué)的最新突破——后來被稱作“矩陣力學(xué)”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(xiàn)在的人們對于“不對易的矩陣”早已經(jīng)司空見慣，但在海森堡那一代科學(xué)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？

連續(xù)幾天的思索終于閃來了“靈光”，狄拉克想起了經(jīng)典的泊松括號，與海森堡的矩陣力學(xué)不正有相通之處嗎？基于這項發(fā)現(xiàn)，他悟出了隱 藏在海森堡矩陣力學(xué)中深奧的代數(shù)本質(zhì)，創(chuàng)造了互不對易的所謂“q數(shù)”，以及這些“q數(shù)”之間的運算規(guī)則，并以此發(fā)展出一個漂亮的量子力學(xué)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(tài)的著名的“狄拉克符號”。

并且，在此期間，為了處理連續(xù)的變量，狄拉克還引入了新的數(shù)學(xué)工具——狄拉克δ函數(shù)。簡單來說，就是處理不連續(xù)分布于空間和時間中的物理量，如質(zhì)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(shù)為后人帶來了可喜可賀的數(shù)學(xué)貢獻。

作為一個理論物理學(xué)家，狄拉克對于數(shù)學(xué)的推崇從未掩飾。1955年在訪問莫斯科大學(xué)物理系時，當被問及個人的物理哲學(xué)，他在黑板上這樣回道：“一個物理定律必須具有數(shù)學(xué)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(fā)表于《科學(xué)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(shù)學(xué)家，他用高深的數(shù)學(xué)來構(gòu)建宇宙?！边@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(lǐng)人類接觸了一個全新的宇宙。

1928年，26歲的狄拉克提出了一個符合相對論的關(guān)于電子的方程式，即后來著名的狄拉克方程——E2=p2c2+m2c4。利用這一方程可以成功推導(dǎo)出所有已知的關(guān)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(zhì)全部是通過分析實驗結(jié)果總結(jié)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(tài)的解，而這一點是違背當時物理學(xué)基本理論的，倘若去掉這種解的話又會引來數(shù)學(xué)的內(nèi)在矛盾。

究竟該如何解決？直來直往的狄拉克再一次顯現(xiàn)出了驚人的天賦，據(jù)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(tài)（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(yù)測了反物質(zhì)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(fēng)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(xué)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(fā)現(xiàn)了正電子！這無可辯駁的事實證實了反物質(zhì)的存在，狄拉克“無中生有”的預(yù)言是正確的！整個科技界為之轟動，安德森也因此發(fā)現(xiàn)獲得了1936年的諾貝爾物理學(xué)獎。

不過，這僅僅是第一步。到20世紀50年代，隨著反中子、反質(zhì)子的相繼被發(fā)現(xiàn)，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(yīng)的反粒子存在。當正反物質(zhì)相遇時，雙方就會相互湮滅抵消，發(fā)生爆炸并產(chǎn)生巨大能量?！坝钪娲蟊ā崩碚摫闶腔诖水a(chǎn)生的。

到今天，在大量觀測數(shù)據(jù)的支持下，宇宙學(xué)家已經(jīng)普遍認為，反物質(zhì)占了大爆炸產(chǎn)生的物質(zhì)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(guān)。狄拉克的世界始終安靜如初。

宇宙大爆炸

最純潔的靈魂

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

有一次，狄拉克與海森堡一同到日本講學(xué)。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(shù)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(xué)與人文藝術(shù)相通的概念，在狄拉克這里完全相反。聽說美國物理學(xué)家、曼哈頓計劃主要領(lǐng)導(dǎo)者之一羅伯特·奧本海默喜歡文學(xué)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(xué)前沿的人怎么能夠同時又去寫詩，這兩者是不相容的?？茖W(xué)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(jīng)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。

都說性格大多與經(jīng)歷相關(guān)，狄拉克正是如此。生活在暴君式的強權(quán)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(yīng)該照顧自己的孩子，但自從這件事后，我了解了?！?/p>

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(lǐng)會，絲毫不懂得加以修飾和轉(zhuǎn)圜。也因此，玻爾才會發(fā)出感嘆：“在所有的物理學(xué)家中，狄拉克擁有最純潔的靈魂?！?/p>

從內(nèi)到外的純粹，當訴諸筆端時是同樣簡練的風(fēng)格。狄拉克的文章，筆跡總是整潔優(yōu)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(xué)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(xué)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(xué)中心，攜家?guī)Э谇巴绹鹆_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。