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年僅30歲的他就提出了一個著名方程,解釋了原子內部的奧秘!

20世紀20年代的劍橋大學裡,一個年輕的物理學家保羅-狄拉克,一個年僅30歲,是其所在領域的天才,它獲得了當時世界最負盛名的學術職位之一,劍橋大學的盧卡斯教授,曾擔任過該職務的科學家包括著名的牛頓和史蒂芬-霍金。

狄拉克一開始專註於研究電子,當時唯一已被發現的基本粒子。當時,電子的性質是由一個公式,即薛定諤方程式所描述的,能夠通過公式計算它們的能量。

但是後來發現有一種特別的電子無法通過薛定諤方程式解釋。正如地球自身一樣,電子繞著自己的軸旋轉,同時也有一些磁鐵的性質。在試圖尋找解釋電子神秘性質的公式時,狄拉克採取了大膽的想法。

當時的科學家們運用實驗以及觀察中的結論設計新的公式,然而狄拉克決定跟隨他的美學意識,物理定律應該有數學之美,這就是狄拉克的座右銘!

這也許聽上去不像是科學家所說的話,但對物理學家而言,美意味著「對稱」,並有非常具體的衡量標準。所謂對稱簡單來說就是,不同視角看一樣東西結果都是一樣的,比如說,將視角改變90度,我們看到的正方形並沒有變化,基本觀點是我們的視角發生特定變化的時候,自然的法則不會改變其形式和內容,這也是為什麼我們把圓形視為很美的原因。

還有另外一種狄拉克所重視的美,「洛倫茲對稱」。這個理論與愛因斯坦的相對論有關,描述了時間和空間在本質上是相同的。

從那裡著手,狄拉克得出了以下結論,如果真有所謂的宇宙之設計圖,那麼它一定具有完美的美,也就是說,它將能夠展示出所有不同種類的對稱。

再回歸頭來看薛定諤方程式,如果靠近看,可以看到有一個「t」代表時間,以及X平方,X代表空間,意味著這個公式沒有「洛倫茲對稱」,時間與空間不對稱。因此,當換一個視角之後,公式發生了很大的變化。

狄拉克於是開始專註於研究一個符合所有對稱性的公式,他將自己鎖在書房裡三個月,切斷了所有與外界的聯繫,情緒在得意洋洋與恐懼之間不斷交替,還經常需要克服驚恐。但他對這一「美」之概念的專註與探索最終獲得了回報!

1928年狄拉克發表了一篇文章,文章中他提出了「狄拉克方程」,方程中有一個t和一個x,這是一個包含了「洛倫茲對稱」的簡單公式。這個方程非常有效,能夠解釋關於原子最難解釋的性質,包括它們的自旋和磁性!

公式非常漂亮,非常美,很多物理學家看到狄拉克方程都會激動到哭,因為他們看到很多關於原子的理論都很奇怪又隨意,像碎片一樣,但突然間因為對稱性產生了一個單一的理論!

更難得的是,洛倫茲對稱隨後被發現同樣適用於後來發現的中微子和夸克。通過合併各種不同的對稱性,終於產生了一個能夠完美解釋基本粒子性質的公式,能夠幫助人們更好地理解對稱的總體概念!

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