薛定谔(Erwin Schrodinger, 1887-1961)因发现原子理论的有效的新形式——波动力学和狄拉克(Paul Advien Maurice Dirac, 1902-1984)因创立相对论性的波动力学方程——狄拉克方程,共同分享了1933年度诺贝尔物理学奖。

 

1926年,薛定谔(右图)第一次发表波动力学的研究成果,提出了薛定谔方程,确定了波函数的变化规律。1923-1924年间,德布罗意对与自由粒子运动相关的波进行的研究,对薛定谔产生了深远的影响。薛定谔试图把德布罗意的物质波概念应用于束缚粒子,以改进玻尔模型。在新的原子模型中,电子可以位于一个周长为其物质波波长整数倍的轨道上。这样,驻波图像就取代了电子的圆周运动模式。只要电子处在轨道上,它就不会向外辐射光,且不与麦克斯韦方程相矛盾。起初,薛定谔用相对论力学来考虑电子运动,但所得结果与观测值不符。实际上,这是由于他没有涉及到电子自旋,而在当时电子自旋还没有被人们所认识。后来,他注意到,如果对电子作非相对论处理,那么他的方法就能给出与在非相对论近似下的观测相吻合的结果。

薛定谔创立的波动力学与海森堡创立的矩阵力学成为量子力学的“双胞胎”。这些理论现在已经成为研究原子、分子等微观粒子的有力工具,并奠定了基本粒子相互作用的理论基础。

狄拉克(左图)最引人入胜的成就,就是他在纯数学物理的基础上建立起了狄拉克方程,并预言存在一种新的基本粒子——正电子。几年后,在实验室里发现了这种粒子。在1926年薛定谔发表波动力学的论文以后,狄拉克把非相对论的薛定谔方程推广到相对论的情况并作了进一步的研究,于1928年建立了著名的有关电子理论的狄拉克方程。从这一方程出发,可以很自然地推出电子的自旋和与之相应的磁矩,以及电子的总能量既可取正值也可取负值等极其重要的结论。但是,对于能量为负值的状态,已有的理论无法解释。1930年,他根据泡利不相容原理提出了有名的空穴理论。所谓空穴,就是我们现在所知道的正电子。他认为所谓真空状态并非真的空无一物,而是所有负能态都被电子占有,形成了负能态的电子海,同时所有正能态都未被电子占有。当海中的电子受激发跃迁到正能态上时,便出现了正负电子对的激发态。1932年,安德森从宇宙射线中发现了正电子的存在,证实了狄拉克的预言。

狄拉克还与费米分别独立地提出自旋为半整数的粒子所服从的统计分布规律,即费米-狄拉克统计。这一统计已经成为研究基本粒子物理的基础。