——《前言》——

他一生都不爱讲话。

可有一天,他写下一个方程,全世界都在说话。

——《壹》——

一句话不说,也能改变世界

他的沉默,不是害羞,是反抗,保罗·狄拉克小时候住在布里斯托尔,家很普通,父亲很不普通,他父亲强迫全家在家里只能讲法语。

不讲,就不吃饭,狄拉克不懂法语。

他吃了很多天冷饭,他也学了法语,但从来不主动开口,他决定用沉默活下去,这是他学到的第一个规则:话说错了,不如不说。

在学校,他也是最安静的那个。

他的成绩不错,不拔尖,也不差,但他的作业本让老师害怕,全是密密麻麻的推导,没有一句废话,就像军用电报。

长大后,他听从父亲的意愿,去布里斯托尔理工学院学电信工程。

他不喜欢那堆电线,更不喜欢工厂里来回跑线的日子,实习时,他搞错了一组接线,厂房一角冒出火花,他被直接辞退。

没有争论,也没有解释,他什么也没说。

战争快要爆发了,英国各大学招收理工科学生,一部分是为了应急培训,狄拉克考上了剑桥大学圣约翰学院的数学系。

他选的导师是拉尔夫·福勒,一个研究原子理论的物理学家。

福勒一眼就发现这个学生不正常,他的演算速度极快,不抬头,也不讲话,有一次福勒让他解一个问题,半小时后他交了一页纸。

福勒说他答错了,狄拉克没有争辩,只是又交了一页纸。

这次是推导的全过程,从那之后,狄拉克成了福勒的重点培养对象,他不问问题,但从不犯错,他做研究从不参考已有文献。

他说,“既然别人写出来了,我就不用再看。”

他不是学术圈的人,他不属于任何群体,也不参加任何讨论,他只是计算,静静地,像掘墓人一样计算。

——《贰》——

写下一串符号,全世界都不得不服

1927年,狄拉克已经成为剑桥的一名讲师,他的工作是每天早上写几页方程,然后把昨天的内容擦掉,他从来不复印,也不留草稿。

他的脑子,就是最好的硬盘。

那年秋天,他在思考一个问题:“电子为什么会旋转?”旋转不是个小问题,量子力学刚刚建立,薛定谔、玻尔、海森堡都在争吵。

但他们都没有搞清楚一个事实:电子的自旋从哪来?

这不是机械旋转,没人看得见,没人测得出,狄拉克不要图像,他要方程,他开始写一个方程,必须满足两个条件。

第一,要能描述电子在高速下的运动,第二,必须遵循量子力学的规则。

这意味着,他要把薛定谔方程和爱因斯坦的狭义相对论合起来,这几乎是不可能的,一个是概率波函数,另一个是时空坐标,它们说着完全不同的语言。

他干了一件没人敢干的事:让波函数变成四维的对象。

四维波函数,就像电子有四个脸谱,每个面,都能描述一种状态,而这四个状态,用矩阵形式写下来,变成一个可以旋转的结构。

他引入了伽马矩阵,这是个从未出现过的数学怪物。

经过几个月的推导,他写出了这行方程:(iγ^μ ∂_μ − m)ψ = 0,这行式子后来被称为“狄拉克方程”,但当时,没人明白。

狄拉克自己也一时没意识到这东西有多可怕。

他只是说了一句:“它很漂亮。”几个月后,他回头看这个方程,他发现一个奇怪的现象:这个方程的解,有负能量态。

什么意思?按经典理论,电子的能量应该是正的。

但这个方程允许电子存在一种状态:能量是负的,这是个灾难,因为如果真的存在负能态,电子就可以一路跳下去,掉进一个无底洞。

为了自圆其说,狄拉克想出了一个解释:负能态其实是都被填满的。

只有当某个负能电子被拿走了,一个“空洞”才会显现,这个空洞就像是带正电的粒子,他把这个东西称为:正电子,没人信。

一个从来没有人见过的粒子,一个从数学里冒出来的鬼影。

可是到了1932年,美国物理学家卡尔·安德森在云雾室中观察到了奇怪的轨迹:一条粒子轨道在穿越磁场后向反方向弯曲,而且质量和电子相同。

那一刻,全世界安静了。

狄拉克成了诺贝尔奖得主,那天,他发表获奖感言,全场静立,他站上讲台,说了一句话:“我更希望没有得这个奖。”

——《叁》——

比真理更重要的是“对称”

在科学史上,“真理”一直被视为最终的目标,揭示自然的本质、解答宇宙的谜团,在物理学的深处,有一种更为神秘而优雅的法则,往往先于真理出现,那就是对称性。

对称并不只是美学上的均衡与和谐,它是自然界的基本结构语言。

从牛顿的运动定律,到麦克斯韦的电磁理论,再到爱因斯坦的相对论,几乎每一项重大理论的核心,都隐藏着某种对称性

但真正将对称推上核心地位的,是20世纪初的一位德国数学家,艾米·诺特。

她提出的“诺特定理”揭示了物理世界中最深刻的联系之一:每一种守恒定律,皆源于一种对称性,时间的对称 → 能量守恒。

空间的对称 → 动量守恒, 方向的对称 → 角动量守恒。

对称性的力量,甚至超越了实验的精度,许多理论物理学家相信,一个理论若不具备美妙的对称结构,即使它吻合当前的实验,也不值得被接受。

正如杨振宁所言:“在现代物理中,对称性已成为比经验更深刻的指引。”

在他与李政道合作提出宇称不守恒之前,整个物理界都以为宇宙是完全对称的,他们的突破性工作,颠覆了这种信仰,但也促使人们寻找新的、更高层次的对称。

于是,标准模型、超对称、大统一理论、甚至弦论。

这一切的背后,都是对称性的宏伟构造,对称,不再只是数学的语言,而是宇宙自身的宣言,它是美,也是规律。

它引导着物理学家,在真理尚未显现时,沿着最优雅的路径前行。

——《肆》——

他的方程,埋在了教堂

在英国剑桥郡的小镇剑桥,有一座看似普通但意义非凡的教堂:剑桥圣三一教堂,在其地板的一块墓碑上,刻着一组简洁却深刻的方程。

那是宇宙结构的根基之一,爱因斯坦场方程的一种变形形式。

这里埋葬的,并不是爱因斯坦,而是一个几乎改变了整个20世纪物理进程的天才,保罗·狄拉克,狄拉克是个极度内向、寡言、被称为“沉默的天才”的人。

但他的思想却无限深远。

他尝试将量子力学与狭义相对论结合,在1928年写下了被誉为“最美方程之一”的狄拉克方程,这成功预测了电子的行为,更意外地预言了“反物质”的存在,正电子的发现。

对称性在他心中是神圣的。

正是对数学美感的坚信,让他走在了实验尚未揭示之前的前沿,他曾说:“物理学的法则应具有数学的美感,不美的理论,是错误的。”

他的另一个重要贡献,是提出了“狄拉克海”的概念,以及关于磁单极子的理论。

这些想法虽然在他生前未被完全证实,却深刻影响了后来的粒子物理与宇宙学研究,1990年,狄拉克的遗愿被尊重。

他的骨灰被葬在了剑桥圣三一教堂。

他相信宇宙的终极答案,刻在方程里,人终将归于尘土,而方程,将与星辰共在。