也是這位法國科學家的傑出貢獻,不過我們在這裡沒有必要深入它的數學意義。總之,狄拉克發現,我們不必花九牛二虎之力去搬弄一個晦澀的矩陣,以此來顯示和經典體系的決裂。我們完全可以從經典的泊松括號出發,建立一種新的代數。這種代數同樣不符合乘法交換率,狄拉克把它稱作“q數”(q表示“奇異”或者“量子”)。我們的動量、位置、能量、時間等等概念,現在都要改造成這種q數。而原來那些老體系裡的符合交換率的變數,狄拉克把它們稱作“c數”(c代表“普通”)。
“看。”狄拉克說,“海森堡的最後方程當然是對的,但我們不用他那種大驚小怪,牽強附會的方式,也能夠得出同樣的結果。用我的方式,同樣能得出xy…yx的差值,只不過把那個讓人看了生厭的矩陣換成我們的經典泊松括號'x;y'罷了。然後把它用於經典力學的哈密頓函式,我們可以順理成章地匯出能量守恆條件和玻爾的頻率條件。重要的是,這清楚地表明瞭,我們的新力學和經典力學是一脈相承的,是舊體系的一個擴充套件。c數和q數,可以以清楚的方式建立起聯絡來。”
狄拉克把論文寄給海森堡,海森堡熱情地讚揚了他的成就,不過帶給狄拉克一個糟糕的訊息:他的結果已經在德國由波恩和約爾當作出了,是透過矩陣的方式得到的。想來狄拉克一定為此感到很鬱悶,因為顯然他的法子更簡潔明晰。隨後狄拉克又出色地證明了新力學和氫分子實驗資料的吻合,他又一次鬱悶了——泡利比他快了一點點,五天而已。哥廷根的這幫傢伙,海森堡,波恩,約爾當,泡利,他們是大軍團聯合作戰,而狄拉克在劍橋則是孤軍奮鬥,因為在英國懂得量子力學的人簡直屈指可數。但是,雖然狄拉克慢了那麼一點,但每一次他的理論都顯得更為簡潔、優美、深刻。而且,上天很快會給他新的機會,讓他的名字在歷史上取得不遜於海森堡、波恩等人的地位。
現在,在舊的經典體系的廢墟上,矗立起了一種新的力學,由海森堡為它奠基,波恩,約爾當用矩陣那實心的磚塊為它建造了堅固的主體,而狄拉克的優美的q數為它做了最好的裝飾。現在,唯一缺少的就是一個成功的廣告和落成典禮,把那些還在舊廢墟上唉聲嘆氣的人們都吸引到新大廈裡來定居。這個慶典在海森堡取得突破後3個月便召開了,它的主題叫做“電子自旋”。
我們還記得那讓人頭痛的“反常塞曼效應”,這種複雜現象要求引進1/2的量子數。為此,泡利在1925年初提出了他那著名的“不相容原理”的假設,我們前面已經討論過,這個規定是說,在原子大廈裡,每一間房間都有一個4位數的門牌號碼,而每間房只能入住一個電子。所以任何兩個電子也不能共享同一組號碼。
這個“4位數的號碼”,其每一位都代表了電子的一個量子數。當時人們已經知道電子有3個量子數,這第四個是什麼,便成了眾說紛紜的謎題。不相容原理提出後不久,當時在哥本哈根訪問的克羅尼格(ralphkronig)想到了一種可能:就是把這第四個自由度看成電子繞著自己的軸旋轉。他找到海森堡和泡利,提出了這一思路,結果遭到兩個德國年輕人的一致反對。因為這樣就又回到了一種影象化的電子概念那裡,把電子想象成一個實實在在的小球,而違背了我們從觀察和數學出發的本意了。如果電子真是這樣一個帶電小球的話,在麥克斯韋體系裡是不穩定的,再說也違反相對論——它的表面旋轉速度要高於光速。
到了1925年秋天,自旋的假設又在荷蘭萊頓大學的兩個學生,烏侖貝克(georgeeugeneuhlenbeck)和古德施密特(somulabrahamgoudsmit)那裡死灰復燃了。當然,兩人不知道克羅尼格曾經有過這樣的意見,他們是在研究光譜的時候獨立產生這一想法的。於是兩人找到導師埃侖費斯特(paulehrenfest)徵求意見。埃侖費斯特也不是很確定,他建議兩人先寫一個小文章發表。於是兩人當真寫了一個短文交給埃侖費斯特,然後又去求教於老資格的洛侖茲。洛侖茲幫他們算了算,結果在這個模型裡電子錶面的速度達到了光速的10倍。兩人大吃一驚,風急火燎地趕回大學要求撤銷那篇短文,結果還是晚了,埃侖費斯特早就給nature雜誌寄了出去。據說,兩人當時懊惱得都快哭了,埃侖費斯特只好安慰他們說:“你們還年輕,做點蠢事也沒關係。”
還好,事情並沒有想象的那麼糟糕。玻爾首先對此表示贊同,海森堡用新的理論去算了算結果後,也轉變了反對的態度。到了19