本文是2004年諾貝爾獎得主、著名理論物理學家維爾切克(F. Wilczeck)所著的高級科普著作《神奇的現實》(Fantastic Realities)中的部分章節。由於各種原因，這些章節在譯著出版時被刪除了。但其內容於普及和深化理解現代物理卻是非常重要的。我們得到了原作者的首肯，從舍棄的章節中挑選了部分章節翻譯發表。現在刊登的這一部分，專門討論了量子場論的發生與發展。可稱之為量子場論通俗入門。

　　“不可否認:這些數學公式是獨立存在的，並且有著它們自己的智能;它們比我們更聰明，甚至比發現它的人更聰明;我們從它們那裡得到的要比原來賦予它們的多得多。”

　　——H.赫茲，關於麥克斯韋的電磁學方程

　　“我做的大量工作只不過是用方程玩遊戲，看看它們能給出什麽。”

　　——P.A.M.狄拉克

　　“它恰恰給出了人們所需要的電子的特性。這對我來講真是一筆出乎意料的獎金，完全出乎意料。”

　　——P.A.M.狄拉克關於狄拉克方程

　　在所有的物理學方程中，狄拉克方程或許是最“不可思議”的。它的推導最直截了當，極少受實驗的約束，是一個具有最奇異和最驚人影響的方程。

　　1928年初(原始論文的接收日期是1月2日)，一個剛從電力工程轉行到理論物理的25歲的年青人保羅·阿德裡安·莫裡斯·狄拉克(1902~1984)推導出了一個引人注目的方程，這個方程後來一直被稱之為狄拉克方程。狄拉克的目標非常具體，即瞄準了當時的熱門課題。他想寫出一個能比已有的一些方程更精確地描述電子行為的方程。因為那些方程要麽隻考慮了狹義相對論，要麽僅考慮了量子力學，但從未兩者兼顧。當時一些更有名氣的和更有經驗的物理學家也正在研究同樣的課題。

　　不同於那些物理學家，也不同於偉大的經典物理學家牛頓和麥克斯韋，狄拉克並沒有從對實驗事實進行詳細的研究開始。他只是利用幾個基本的事實和所謂的理論上的必要條件來指導研究工作，其中的一些條件現在已經知道是錯誤的。狄拉克試圖用一個簡潔的、數學上自洽的方案來具體表達這些原理。誠如他所言，通過“方程遊戲”，他無意中發現了一個特別簡單、優美的答案。當然，這就是我們現在稱之為狄拉克方程的方程式。

　　狄拉克方程的一些推論可與已有的實驗觀測數據做比較。它們很有效，解釋了一些用別的方法都極難理解的結果。特別是下面就要說到的，狄拉克方程成功地預言了電子永不停息地自旋，因而它們相當於小磁鐵棒。它甚至預言了自旋的速率和磁性強度。但有些結果似乎與顯而易見的事實不一致。狄拉克方程明顯地包含了這樣的一些解，它們似乎描寫常規的原子在一瞬間自發地消失成光猝發的方式。

　　幾年的時間裡，狄拉克和其他物理學家都在與一個異乎尋常的佯謬奮爭。一個方程因其能正確無誤地解釋很多精確的實驗結果且又能極端漂亮地去引導物理而被認為是“顯然正確”的——但又怎麽會具有明顯災難性的錯誤呢?

　　狄拉克方程已成為基礎物理賴以運轉的支柱。在保持對其數學形式信任的同時，物理學家不得不重新審視方程中那些符號的意義。這是令人困惑的、傷透腦筋的重新審視，在其間，沃納·海森堡在給他的朋友沃爾夫岡·泡利的信中寫道，“現代物理最可悲的篇章就是狄拉克理論和允許其存在”，並且“為了不會因狄拉克而煩惱，我決定改變一下去做作些別的事情……”。正是在這個時刻，真正的現代物理開始了。

　　一個引人矚目的結果是對反物質的預言——更精確地講，應該存在一種新的粒子，它具有與電子相同的質量和相反的電荷，並且能與電子湮滅成純能量。1932年，卡爾·安德森通過細心地檢查宇宙射線徑跡很快地找到了這種類型的粒子。

　　更為深入涉及的結果是我們將完全重寫描述物質的基礎。在這種新物理中，粒子只是瞬息存在。它們可以自由地產生和消滅;確實，它們的短暫存在和轉化是一切相互作用的源泉。真正基礎的東西是無所不在且具轉換能力的以太:量子場。這些就是構成我們極其成功的現代物質理論基礎(經常被毫無詩意地稱為標準模型)的概念。盡管狄拉克方程本身被徹底地重新解釋並廣泛地推廣，但它從沒被拋棄，仍是我們理解自然的核心支柱。