正电子的探究过程及其启示①

彭寒龙 周静忠

(1. 南京师范大学物理科学与技术学院，江苏 南京 210023；(2. 南京师范大学盐城实验学校，江苏 盐城 224000)

1 引言

1926年薛定谔和海森堡等建立了量子力学，展示了巨大的威力。如同力学需要过渡成为相对论性力学一样，物理学家们认为量子力学也需要与相对论相兼容。

2 狄拉克与正电子的预言

在进一步研究这些负能态的波函数时，狄拉克发现：如果叠加一些波函数，会得到一个波包，这个波包将沿着经典的轨迹运动。这样的轨迹可以是一个普通电子(能量为正)在电磁场中运动的可能轨迹，也可以是一个带正电的电子(能量为正)在电磁场中运动的可能轨迹。这一结果使人们怀疑具有负能量的电子与质子之间存在联系，然而，不能简单地断言一个负能量的电子是一个质子，因为这将导致一些悖论，因此，狄拉克做出了一个大胆的假设：提出了自己对于真空的看法——电子海理论。

狄拉克认为：电子最稳定的状态(能量最低的状态)是那些具有负能量和极高速度的状态，所有的电子都会因辐射而落入这些状态。然而，泡利不相容原理将发挥作用，阻止超过一个的电子进入任何一个相同的状态。而真空几乎就是所有具有负能量的状态都被占据了的空间，任何具有正能量的电子现在几乎没有机会跳到负能量状态。假如无数的电子将真空的负能态全部占据，那么这些电子将会是不可观测的，只有当某些负能态没有被占据从而导致该空间产生精确均匀性的微小偏差时，这些电子才可能被观测到。……