第三章 反物質之謎(1 / 3)

1908年6月30日早晨7點17分,在俄國荒涼的西伯利亞通古斯地區發生了一次巨大的爆炸。爆炸的火球讓天空中的太陽都顯得暗淡無光,2000平方公裏的森林被燒掉,幾千棵大樹被連根拔起。附近僅有的幾棟農舍全遭摧毀,裏麵的銀器都因高溫而溶化了。據估計,這次爆炸的威力相當於摧毀廣島的*的1000倍!幸好爆炸地點非常偏遠,離最近的城市也有800公裏之遙,因而沒有造成太大的損失。至於爆炸的原因則眾說紛紜,被比較普遍接受的觀點是來自外太空的巨大隕石的撞擊所引起。但是這種解釋有一個問題,隕石撞擊應該留下一個像月亮上的環形山那樣的巨大隕石坑,而在爆炸地點卻看不到。1965年,利比(w.f.libby,1908—1980,獲1960年諾貝爾化學獎)、科溫(clyde cowan,1919—1974,本應獲得諾貝爾物理獎,由於早逝而未能得到)和阿特勒瑞(c.r.atluri)在英國《自然》雜誌上發表了一篇論文,提出一個全新的觀點——通古斯大爆炸是由外太空來的反物質引起的。反物質是什麼?這必須從狄拉克和他的相對論量子力學說起。

狄拉克(paul dirac,1902—1984)是20世紀最偉大的物理學家之一。他恐怕還不僅是一般意義上的天才,他對物理的洞察力讓同時代的其他天才都自歎弗如。就連量子力學的奠基人之一,當時在物理界如日中天的海森堡(werner heisenberg,1901—1976,獲1932年諾貝爾物理獎)都對他退避三舍。在一封給泡利(w.e.pauli,1900—1958,獲1945年諾貝爾物理獎)的信裏,海森堡說:“為了不持續地被狄拉克所煩擾,我換了一個題目做,得到了一些成果。”言下之意是他不願意和狄拉克在同一問題上競爭。然而狄拉克對這些似乎並不自知,即使知道了大概也不會當回事。對於出名,狄拉克是避之唯恐不及。1933年,當他得知自己獲得諾貝爾物理獎後,曾對核物理之父盧瑟福(ernest rutherford,1871—1937,獲1908年諾貝爾化學獎)表示他不想出名,想拒絕這個榮譽。不過,盧瑟福的勸說很具說服力,“如果你真做,你會更出名,人家更要來麻煩你。”為了不至“更出名”,他隻好乖乖地去領獎。狄拉克還有一大特點,就是潛心學問,一向少言寡語。據說有一次他出席劍橋大學的一個宴會,正好坐在同樣沉默寡言的小說家福斯特(e.m.forster,1879—1970)旁邊,在長時間無言以對之後,狄拉克終於轉過頭問了一句“山洞裏發生了什麼?”意指福斯特的小說《印度之旅》中的某個情節。福斯特良久沒有答話,直到宴會即將結束、甜點上桌時,他才蹦出一句“我不知道”。

狄拉克原本是學數學的,有一次偶然選了一門由一位哲學教授講的關於愛因斯坦相對論的課,盡管從課堂上沒學到多少東西,卻把他的興趣從數學引向了物理。他立即決定申請到著名的劍橋大學的研究生院去學物理。在劍橋,狄拉克學習了量子論創始人玻爾(niels bohr,1885—1962,獲1922年諾貝爾物理獎)的原子理論之後,一個奇妙的想法讓他如醉如癡:將狹義相對論與量子論結合在一起,從而獲得對微觀粒子的性質更準確、更完美的描述。相對論和量子論是近代物理學的兩大基石。狹義相對論主要是描述宏觀世界中空間與時間的關係及物體高速運動時的規律的理論。量子論則是研究微觀世界裏物理現象的理論。要把兩者結合到一起可不是一件容易的事。狄拉克每天花大量的時間一邊散步一邊沉思,夜深人靜時再在紙上演算和推導。可是在很長一段時間裏,他的研究毫無進展,作為出發點的克萊因-戈登方程總是把他領入死胡同。終於有一天,在1928年一個寒冷的夜晚,當他坐在劍橋聖約翰學院一間酒吧的壁爐前冥思苦想時,突然靈光一閃(也許這就是禪宗所謂的頓悟吧)明白了問題的症結所在——克萊因-戈登方程中與時間相關的部分是不正確的。於是,著名的狄拉克方程誕生了!這個方程不但在物理學裏占有極重要的地位,對化學以及很多如今被廣泛應用的新技術(例如醫院裏通用的核磁共振成像技術)都有著不可估量的影響。按華裔物理學大師楊振寧的說法,狄拉克方程“是驚天動地的成就,是劃時代的裏程碑”。