科学|我惊了，连科学都是颜值党？( 二 )
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【科学|我惊了，连科学都是颜值党？】狄拉克
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狄拉克和泡利
首先 ， 他革新了“真空”概念 ， 提出了真空是被填满的“负能电子海”的假说 。
真空状态不是一无所有的绝对真空 ， 而是由负能态电子所构成的“电子海洋” ， 在整个电子海中所有能观测到的量 ， 如电荷、质量、动量都不能为零 。
接着 ， 他做了进一步的思考 ， 既然全部填满的负能电子海相当于真空 ， 那么从电子海中跃出一个电子又相当于什么呢？那就会出现一个正能态电子和一个负能态的空穴 。
他认为激发出来的这正能态电子就是普通电子 ， 它带一个单位的负电荷 ， 而电子被激发出以后在电子海留下的这个空穴 ， 少了一个负值能量 ， 带一个正值能量 。 他起初认为这就是“质子” ， 不过这个奇怪的“质子” ， 其质量要小得多 ， 这是难以想象的！
狄拉克从对称美的思想出发 ， 指出从数学上来看 ， 这个带正值能量的奇怪的“质子” ， 其质量必须与电子质量相同 ， 从而大胆提出了“反物质”的假说：
这个奇怪的“质子”是真空中的反电子 ， 即正电子 ， 他同时还提出了崭新的电荷共轭对称的概念 。
狄拉克从理论上预言了自然界中存在正电子 ， 他指出 ， 正负电子能够由光子在真空中产生出来；当正电子和负电子碰撞时 ， 就会湮灭变成光子 。
1932年美国物理学家安德森在研究宇宙射线时果然发现了狄拉克预言的正电子！
正电子的发现 ， 在物理学界引起了轰动 。 这启发人们去寻找其他粒子的反粒子 。
人们逐步认识到 ， 各类基本粒子都有相应的反粒子存在 ， 这是自然界的一条普遍规律 ， 自然界在电荷符号上的分配也是对称的 ， 对称性使自然界存在数学美的观念日益深入人心 。
狄拉克坚信 ， 数学美是对物理理论取舍的一个准则 ， 如果物理方程在数学上不美 ， 那就标志着不足 ， 需要改进 。
他在回顾自己做出的发现时指出：
“这个工作完全得自于对美妙数学的探索 ， 一开始丝毫也没有想过要给出电子的这种物理性质 。 ”
1933年 ， 狄拉克因“发现了在原子理论里很有用的新形式（狄拉克方程）”获得诺贝尔物理学奖 。
崇尚对称之美与夸克模型的提出
美国物理学家盖尔曼（M. Gell-Mann ， 1929—2019）长期致力于高能物理的前沿问题的研究 。 20世纪50年代 ， 已发现基本粒子有数百种 ， 对这些粒子进行分类 ， 找出它们性质之间的内在联系 ， 研究这些基本粒子的性质和结构 ， 寻找比基本粒子还要“基本”的组元 ， 是高能物理学研究的热点 。
盖尔曼深信物理规律的对称性是自然界的最普遍法则之一 ， 所谓对称 ， 是指自然界的一切物质过程都存在或产生出它们的对应方面 ， 表现为现象上的相同 ， 形态上的对称 ， 性质上的一致 ， 结构上的重复等等 。 对称性实际上体现了自然界存在的内部联系和规律的和谐 。
盖尔曼相信所有的基本粒子都可以根据它们所具有的不同对称性来进行分类 。
1961年 ， 盖尔曼根据对称性思想 ， 提出了“八重法：一个强作用对称性的理论” 。
他指出 ， 强相互作用的粒子应满足SU(3)对称性 ， 在数学上对应的是 SU(3)群 。 SU(3)群中有一个8维表示 。 八重法就是指每8个有类似性质的粒子能填入SU(3)群的8维表示中 。 他把有相近性质的强作用基本粒子分成一个个族 ， 并认为每个族成员应有8个 。
根据当时的实验结果 ， 有一个族的基本粒子成员只有7个 ， 盖尔曼据此大胆预言了还存在一个未被发现的新粒子 ， 第二年（1962年）果然在实验中找到了这个新的基本粒子——η°介子 。
类似地 ， 他预言了另一个被称为沃米格负的新粒子（写作Ω-）的存在 。 在1962年日内瓦的一次讨论会上 ， 他指着墙上挂着的粒子分类表里的一个空格说：
“如果我的理论是正确的话 ， 那么在这里应该有一种带负电的粒子 ， 质量大约是质子的两倍 。 我们不妨把它叫作为Ω- 粒子 ， 可惜它还没有被发现 。 ”
1964年1月 ， 美国布鲁海文实验室的斯米欧在气泡室的成千上万张的照片上找到了Ω-粒子衰变时留下的痕迹 。
盖尔曼的预言终于实现了！
η°介子和Ω-粒子的相继发现 ， 证实了盖尔曼理论的正确性 ， 以及对称方法在基本粒子理论中的有效性 ， 从而确立了对称方法在基本粒子研究中的重要地位 。
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盖尔曼的名著《夸克与美洲豹——简单性和复杂性的奇遇》
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