各位玩家大家好,
欢迎来到平行世界。
它在这里,
你将有机会体验不一样的生活。
比赛开始,
首先让我们回到118年前。
(游戏规则:点击你想要的选项)
现在是公元 1902 年 8 月 8 日。
今年,距离普朗克发表黑体辐射公式已经过去了两年,“量子”一词即将成为未来一个多世纪的后起之秀。
与此同时,在瑞士伯尔尼,一位名叫爱因斯坦的23岁年轻人刚刚获得瑞士国籍不久。 在朋友的帮助下,他刚刚成为瑞士专利局的助理鉴定师,负责电磁专利申请的技术鉴定。 。
然而,我们不要把所有这些放在一边,让我们关注英格兰西南部的布里斯托尔。 查尔斯·狄拉克( Dirac)是一位住在布里斯托尔的瑞士人,他在那里担任法语老师,他的妻子弗洛伦斯·狄拉克( Dirac)即将分娩——你即将出生。
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查尔斯和弗洛伦斯担心他们儿子的名字。 我应该怎么称呼它?
A.小明
“……”狄拉克夫妇看着这个词良久,不知道怎么发音。 所以我放弃了这个想法。
B·保罗
这是个好名字,我们就叫它保罗·狄拉克吧。
你好物理学家的合影,保罗·狄拉克。 嗯,你的全名实际上是保罗·阿德里安·莫里斯·狄拉克。

狄拉克和他们的三个孩子(1907)。 |图片来源:dirac.ch
你一直住在布里斯托尔。 查尔斯是一位严厉的父亲。 他一直希望他的孩子学习法语,所以他要求你在家里说法语。 不过,你似乎没有法语天赋。 你和你父亲的关系一直不好,在家里也不爱说话。

当你三岁的时候,1905 年是物理学史上不平凡的一年。 26岁的爱因斯坦今年发表了五篇重要论文,提出了光量子假说、狭义相对论、质能方程等理论。 今年也被称为爱因斯坦的“奇迹年”。
1913年,玻尔引入量子化的概念来研究原子内电子的运动,并提出玻尔原子结构模型。 量子力学已经是一个有待发展的新领域。 不过别担心,你此时才11岁,你应该先继续上学。
您在商业合作技术学院完成了中学教育。 这是你父亲任教的学校。 它是布里斯托大学的附属学院。 比一般的英国中学更注重技术课程。 你有机会在学校接触金工、砌砖、制鞋等课程。 看来你也安心了。 转眼间,你就面临着上大学的选择。
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去哪所大学?
A.我不想上大学
你把这个想法告诉了你父亲,他瞪了你一眼。 你很害怕,决定再考虑一下。
B、布里斯托大学
电气工程系好像很不错,还可以申请奖学金养家糊口。
大学里,你一直处于学术模式,对数学特别感兴趣。 1923年,他以一等荣誉获得布里斯托大学电气工程和数学两个学士学位后物理资源网,顺利进入剑桥大学圣约翰学院,并完全依靠奖学金支付学费和生活费。

当你学习的时候,物理世界正在发生革命性的变化。 在过去的十几年里,人们意识到牛顿的“旧”力学(即经典力学)并不适用于微观世界。 在你进入剑桥大学的同一年,德布罗意提出了物质波假说,成为波粒二象性的一个例子。 德布罗意认为,电子除了具有粒子特性外,还可以具有波动特性。 这就像量子力学美妙的“前奏曲”之一。
这一时期,最小尺度的物理研究正在酝酿一场风暴,人们的思维即将发生彻底的改变。
凭借工程和数学背景,您在布里斯托尔学习期间对爱因斯坦新提出的广义相对论产生了兴趣。 物理学成为对你非常有吸引力的领域。
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想进入充满新机遇的物理世界吗? 选择哪个导师最好?
A. 尝试一下生物学怎么样?
1923年,白喉疫苗刚刚问世,这似乎是一个很有前途的领域。 但是……再想一想。
B. 拉尔夫·福勒教授看起来不错
福勒教授为物理化学引入了新的研究方法,在恒星研究的许多方面做出了开创性的工作。

正是在这个时期,您进入了物理学领域,更具体地说,进入了当时所谓的“原子物理学”。 当然,此时的你并不知道,未来的你也将成为风暴的中心。

此时,原子物理学的情况类似于16世纪末的天文学,“旧式”地心天文学面对更精确的观测,不得不变得更加复杂。 十六世纪天文学的困境和二十世纪原子物理学的困境以同样的方式得到了解决,即通过思想的彻底改变。
在原子物理学中,这一切随着海森堡在矩阵力学方面的突破于 1925 年突然发生。 量子力学似乎已经完全“抛弃”了经典力学。 量子规则自动产生,但来自特殊的数学框架。 海森堡提出的理论涉及矩阵乘法的不可交换性。 即涉及乘法运算,但运算结果取决于乘法运算的顺序。 就像 2 乘以 3 不再等于 3 乘以 2。
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您对此有何看法?
A. 似乎有些不对劲
嗯……再想想。
B. 不可交换性的意义是什么?
灵感一闪! 开始在纸上编码。
海森堡研究结束几个月后,您发表了重要论文“量子力学的基本方程”。

主要思想是,相乘的对象代表我们可以在实验中测量的变量。 实验是一种操作,即使最终结果是一个数字。 当这样理解时,秩序的重要性就不足为奇了。 我们都知道,先穿袜子再穿鞋和先穿鞋再穿袜子自然是不同的。 这个简单的规则是a乘以b不等于b乘以a,整个量子力学世界都遵循这个规则。

与此同时,薛定谔基于物质波的波动方程提出了自己的量子力学方法。 薛定谔在 1926 年的一篇论文中阐述了矩阵力学和波力学之间的数学等价性。
也是在这一年,您顺利从剑桥大学毕业并获得博士学位。 在导师福勒的建议下,你前往哥本哈根和哥廷根继续发展你在量子力学领域的技能。 你们在那里结识了许多科学家同行,并通过自己的努力在这个新兴领域留下了自己的印记。

1927年,您成功当选为剑桥大学圣约翰学院院士。
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这时,你收到了一份重要的邀请,参加一场看似非常重要的会议。 想去?
A. 让我看看谁在那儿
爱因斯坦、普朗克、海森堡、薛定谔、玻尔、居里夫人、泡利……
B. 会议主题是“电子与光子”?
但从邀请名单中可以看出,讨论的话题实际上是新兴的量子力学。
1927年10月,第五次索尔维会议召开。 这次会议几乎聚集了当时世界上最顶尖的物理学家,共同讨论当时最前沿的量子力学。 爱因斯坦和玻尔在会议上进行了著名的辩论。 这张“全明星”会议照片成为科学史上的经典。

第五届索尔维会议合影。 你能找到你在哪里吗?
今年,量子力学领域又取得了重大突破。 海森堡提出了测不准原理。 不确定性原理指出,我们无法同时准确地确定粒子的位置和动量。
那么小而快速运动的粒子的物理原理是什么呢? 这是一个非常现实的问题——原子中的电子是如此之小,以至于它们的移动速度足够快,以至于新的量子力学有点不准确。 从一开始,人们就试图构建一种与相对论兼容的量子理论,但技术障碍尚未克服,特别是负概率的情况。
最终,问题归结为:描述电子的正确量子波是什么? 控制这些波的动力学同时满足相对论的要求并给出合理的物理预测的波动方程是什么?
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想解决这个问题吗?
答:是的。
认真想...
B、必须。
继续思考...
1928 年 2 月和 3 月,您在《英国皇家学会学报》上发表了两篇论文,描述了电子的相对论方程并建立了量子力学中最著名的方程之一。


然而,狄拉克方程也存在一些“问题”物理学家的合影,例如无法解释的负能量解。
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为什么会发生这种情况?
答:我错了吗?

不要轻易怀疑自己。
B、是否存在...
也许存在来自狄拉克海的电子反粒子。
狄拉克方程首次预言了反粒子的存在。 电子的反粒子是正电子,其质量相同但电荷相反。
1930年,您出版了专着《量子力学原理》,至今仍是量子力学领域的经典教科书。 今年,您正式当选为英国皇家学会会员。 别忘了,此时你才28岁。

你们的科学研究还没有停止。 1931年,您还提出了磁单极子猜想。 随后,您被正式任命为剑桥大学卢卡斯数学教授。 1932年,安德森发现了正电子,证实了你对反粒子的预测。 你的不懈努力和才华很快就会得到最大的回报。
1933年,作为量子力学奠基人之一,您与薛定谔共同获得诺贝尔物理学奖。 您是获得诺贝尔奖的最年轻的理论物理学家之一。

1934 年,海森堡将狄拉克方程重新解释为准确描述物质基本粒子的量子场方程。 狄拉克场也是理论物理和标准模型的核心要素之一。
在量子力学中,思想碰撞的火花永不停歇。 无论是EPR思想实验还是“薛定谔的猫”,无数学者都在共同推动这一领域的科学进步,而你就是其中之一,处于“风暴”的中心。 量子力学已成为20世纪最具颠覆性、最前沿的物理学领域。
但我们先来谈谈别的事情。 因为,你获得诺贝尔奖后不久,你就认识了一位名叫玛吉特的女人,她是物理学家尤金·维格纳的妹妹。
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你想娶她吗?
A.当然
不加思索。
B、当然
必要的。
1937 年,您与玛吉特结婚。 你们一起抚养了玛吉特的两个孩子,后来又抚养了您的两个女儿。

玛吉特和孩子们 (1945)。 |图片来源:dirac.ch

然而不久之后,第二次世界大战开始了。 在战争背景下,您开始对使用气体离心机浓缩铀的方法进行理论和实验探索。
战后,您继续在剑桥大学任教,始终保持着对科学研究的热情。 20世纪60年代中期,您发表了《量子力学讲座》、《量子场论讲座》等学术著作。 直到 20 世纪 70 年代,您才从剑桥大学辞职移居美国。 他生命的最后十几年是在佛罗里达度过的。
多年来,你一直保持着简单朴素的生活,在剑桥大学你也以严谨、沉默寡言而闻名。
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你知道狄拉克是什么吗?
A. 时间单位?
答案错误~
B、那是……
它来自同事之间的一个笑话,代表“每小时一个字”。
你坚信物理学中的数学之美,相信“自然法则应该用美丽的方程来描述”。 玻尔曾说过:“在所有物理学家中,狄拉克拥有最纯洁的灵魂。” 数学家马克·库克曾经将天才分为两类。 一类是成功可以模仿的“普通天才”。 他们付出了巨大的努力,也有一点运气。 另一种是别人无法比拟的“魔术师”。 你真是一位“魔术师”。 你是理论家的理论家。
时间来到了 1984 年 10 月 20 日。尽管你的故事看起来即将结束,但它还远未结束。 现在,佛罗里达州立大学还设有保罗·狄拉克科学图书馆,其中包含您的论文和书籍。 佛罗里达州国家强磁场实验室的所在地被命名为保罗·狄拉克大道。 天空中,5997号小行星的名字也是“狄拉克”。
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哪些组织以您的名义设立了奖项?
A. 英国物理学会
英国物理学会每年颁发保罗·狄拉克奖章,以表彰对理论物理学做出杰出贡献的科学家。
B. 国际理论物理中心(ICTP)
每年狄拉克生日那天,ICTP 都会颁发 ICTP 狄拉克奖章。
比赛即将结束,
它永远不会结束。

