保罗·狄拉克

狄拉克方程与量子电动力学

到了1927年，由于许多开创性的工作，狄拉克已成了科学界中知名的人物。证据就是他受到邀请参加了第五届索尔维会议（主题为“电子与光子”）。同年，狄拉克被选为圣约翰学院院士，并在1929年被任命为数学物理的高级讲师。此时，狄拉克正着手电子的相对论性量子理论。当时虽然已经有了克莱因-戈尔登方程，但狄拉克认为问题并未被解决。这个方程可能给出负值的概率，量子力学对概率的诠释无法解释这个问题。
就在1928年狄拉克提出了描述电子的相对论性方程——狄拉克方程，并独立于沃尔夫冈·泡利的工作发现了描述自旋的2x2矩阵。亚伯拉罕·派斯曾引述狄拉克如此说道：“我相信我独立得到了它（自旋矩阵），泡利也许也是独立于我得到这个结果。”然而狄拉克方程与克莱因-戈登方程有相同的问题，存在无法解释的负能量解。这促使狄拉克预测电子的反粒子——正电子的存在。他诠释正电子来自于填满电子的狄拉克之海。正电子于1932年由卡尔·安德森在宇宙射线中观察到而证实。狄拉克方程同时能够解释自旋是作为一种相对论性的现象。
由于恩里科·费米在1934年的β衰变理论牵涉到粒子的毁灭与创造，使狄拉克方程诠释作任意自旋ħ/2之点粒子的场方程，其中场量子化的过程包含了反交换律。因此在1934年，海森堡将狄拉克方程重新诠释作所有基本粒子（以现在而言是夸克与轻子）的场方程——狄拉克场方程。在理论物理中，这个场方程处于与麦克斯韦方程、杨-米尔斯规范理论、爱因斯坦场方程同等核心的地位。狄拉克被视作量子电动力学的奠基者，也是第一个使用量子电动力学这个名词的人。
另外在1930年代早期，他也提出了真空极化的概念。对于下一个世代的理论学者施温格、费曼、朝永振一郎、戴森等人而言，这个工作是量子电动力学发展的关键。
1930年狄拉克出版了他的量子力学著作《量子力学原理》，这是物理史上重要的里程碑，至今仍是量子力学的经典教材。在这本书中，狄拉克将海森堡在矩阵力学以及薛定谔在波动力学的工作整合成一个数学体系，当中连结了可观测量与希尔伯特空间中作用子的关系。书中也介绍了量子力学中广泛应用的狄拉克δ函数。延续狄拉克在1939年的文章，1939年他在此书第三版中加入了他的数学符号系统——狄拉克符号。直到今天，狄拉克符号仍然是最广泛使用的一套量子力学符号系统。
1932年狄拉克接替约瑟夫·拉莫尔担任剑桥大学卢卡斯数学教授。1933年狄拉克与薛定谔共同获得诺贝尔物理奖，以当时而言是史上最年轻获奖的理论物理学家。（1957年李政道获得诺贝尔物理奖刷新了这个纪录。）然而他却对卢瑟福说，他不想出名，他想拒绝这个荣誉。卢瑟福对他说：“如果你这样做，你会更出名，人家更要来麻烦你。”同年12月12日，狄拉克在斯德哥尔摩发表了诺贝尔奖得奖演说，题目为“电子与正电子的理论”。

磁单极与大数假说

1931年在一篇“量子化电磁场中的奇点”的文章中，狄拉克探讨了磁单极这个想法。1933年，延续了其1931年的论文，狄拉克证明了单一磁单极的存在就足以解释电荷的量子化。在1975年、1982年以及2009年都有研究结果指出磁单极可能存在。但到目前为止，仍没有磁单极存在的直接证据。即使如此，某些大统一理论仍包含磁单极，用于解释宇宙结构的形成。狄拉克的磁单极是第一次将拓朴学的概念用于处理物理问题。
在1937年，狄拉克提出了大数假说。他比较了两个不带量纲的量值：基本作用力（在此为重力与电磁力）的比值与宇宙年龄的尺度，发现两者皆落在约39个数量级。狄拉克猜测这可能并非巧合，两者或许存在某种关联性。参考了爱德华·亚瑟·米尔恩的理论，允许重力常数随时间改变。基于这些假设，他设计了一个自己的宇宙学的模型。

二次大战期间

二次大战开战之后，由于缺乏足够的教职人员，狄拉克在教学上的负担加重。另外，他还必须指导许多研究生。在之前，狄拉克一向试图避免这类的责任，而更倾向独自一人作研究。其中的例外是在1930到1931年接手指导了福勒的学生钱德拉塞卡，以及1935到1936年因为马克斯·玻恩离开剑桥去了爱丁堡而收了两个原先玻恩指导的学生。一生之中，狄拉克所指导的学生不到十二人（大部分在1940、50年代）。
战争期间，狄拉克投入研发同位素分离法以取得铀235。这在原子能的应用上是极关键的技术。他与彼得·卡皮查尝试开发用离心机将气体混合物分离的方法，但其实验后来因卡皮查受困俄国而停摆。
1941年，狄拉克与牛津大学法兰西斯·西蒙的团队展开合作，提供了许多对于统计方法的实用意见。这些方法在今日人们依然在使用。
此外，他还是伯明翰团队在计算临界质量上的非正式顾问。

获奖与荣誉

狄拉克与埃尔温·薛定谔由于“发现了原子理论的新形式”共同获得1933年的诺贝尔物理奖。此外，狄拉克在1939年获颁皇家奖章，1952年获颁科普利奖章以及马克斯·普朗克奖章。
他在1930年被选作皇家学会院士，1948年和1971年分别被选作美国物理学会及英国物理学会荣誉会士。1973年狄拉克获颁功绩勋章，在英国这是极高的荣誉。他曾拒绝被册封为骑士，因为他不想对他的名字作出更动。

家庭

狄拉克在1937年1月2日娶了物理学家尤金·维格纳的妹妹马尔吉特（Margit），并且收养了马尔吉特的两个孩子朱迪思和加布里埃尔。这两个孩子之后都冠上了狄拉克的姓氏，其中加布里埃尔后来成为一位数学家。婚后马尔吉特又为狄拉克生下了两个女儿玛丽·伊丽莎白及佛罗伦斯·莫妮卡。
马尔吉特时常被叫作曼琪（Manci），在1934年她从家乡匈牙利前往普林斯顿拜访兄长。在一家餐馆用餐时遇见了“隔壁桌一脸寂寞的男子”。这则故事来自一位深受狄拉克影响的韩国物理学家。他还写到：“很幸运能有曼琪女士照顾我们这位可敬的保罗·狄拉克。1934年到1946年这段期间，狄拉克发表了十一篇论文...狄拉克能够一直维持研究产量都是因为曼琪为他操烦任何大小事。”

为人处事

狄拉克重视学术上的追求，在物质生活上毫无享受，他不喝酒，不抽烟，只喝水。喜欢走路和游泳，偶而也会和朋友去电影院看电影。此外，狄拉克是出了名的精确与沉默寡言。他在剑桥大学的同事曾经开玩笑地定义了“一个小时说一个字”为一个“狄拉克”单位。
尼尔斯·玻尔写作论文的方式是自己口述，请别人纪录下来。有一回波尔不断地说了又改，抱怨说不知该如何完成一篇文章的某个句子，当时正好在场的狄拉克如此说到：“我以前在学校时被这么教导，在还不知道如何结束一个句子前，不要动笔。”
他评论罗伯特·奥本海默对于诗的兴趣这么说到：“科学的目标是以较简单明了的方式去理解困难的事物，诗则是将单纯的事物以无法理解的方式作表达。这两者是不能相容的。”
海森堡与狄拉克一同坐船前往一个1929年8月举行于日本的学术会议。两人都是二十几岁、未婚的年轻人，形成了一个奇妙的组合。在一个晚会上，海森堡喜欢参与社交活动并与人跳舞，狄拉克并不喜爱这类的活动却也在一旁的坐着看。海森堡一段舞结束后回到狄拉克旁的椅子坐下。此时狄拉克问道：“海森堡，为何你喜欢跳舞？”海森堡回答：“当有许多好女孩时，跳舞是一件乐意的事。”狄拉克陷入沉思，约莫五分钟后说到：“海森堡，为何你有办法在一开始就知道她们是好女孩呢？”
这是一个有许多种版本的故事。一个尚不知狄拉克已婚的朋友前来拜访狄拉克。这位朋友对于屋内有一名吸引人的女性感到相当惊讶，狄拉克发觉这点而说到：“这位...这位是维格纳的妹妹。”在1960年代，马尔吉特曾对乔治·伽莫夫与安东·卡普里都提到过他丈夫确实曾这么说到：“请允许我介绍维格纳的妹妹，现在是我的妻子。”

逝世与纪念

1984年，狄拉克在佛罗里达州塔拉哈西过世，并埋葬于当地的罗斯兰公墓。狄拉克童年在布里斯托所居住的房子挂上了蓝色牌匾，房子所在的道路也被命名为狄拉克路以彰显他与这个地区的联结。当地主教路小学的墙上挂上了一块牌子，秀出了狄拉克最著名的狄拉克方程。1991年8月1日，狄拉克父亲家乡的圣莫里斯花园立起了纪念石。1995年11月13日，一块以伯灵顿绿色板岩作为原料并刻上了狄拉克方程的纪念石板在西敏寺首次亮相。牧师团长爱德华·卡彭特曾因狄拉克是无神论者而反对此事，其意见被置之不理。
1975年，狄拉克在新南威尔士大学给了一系列五个演讲。这系列演讲后来集结出版成了《物理学的方向》（1978年）一书。他将这本书的版税捐给新南威尔士大学设立了狄拉克系列讲座。狄拉克银质奖章便是在这个场合下由校方所颁发的奖项。
在狄拉克去世之后，立即有两个研究机构设了年度奖项来纪念狄拉克：英国物理学会颁发狄拉克奖章和奖金以表扬“在理论（包含数学和计算方法）物理上的杰出贡献”。最初的三个获奖人分别为史蒂芬·霍金（1987年）、约翰·贝尔（1988年）和罗杰·彭罗斯（1989年）；国际理论物理中心（International Centre for Theoretical Physics，简称：ICTP）在每年8月8日（狄拉克的生日）颁发ICTP狄拉克奖章。另外，英国物理学会在布里斯托的出版总部取名作狄拉克楼。
佛罗里达州立大学的狄拉克-赫尔曼奖是由布鲁斯·赫尔曼博士（狄拉克最后一个博士学生）于1997年所设立以奖励该校理论物理研究人员的杰出表现。位于佛罗里达州立大学的保罗·狄拉克科学图书馆，1989年由曼琪所成立。狄拉克生前的论文都收藏于此，馆外则设有其铜像。佛罗里达州塔拉哈西国家强磁实验室所在的那条路被命名为“Paul Dirac Drive”。
牛津郡迪高特镇上的一条路被命名为“Dirac Place”。英国广播公司将其开发的一种影像压缩格式以狄拉克命名。小行星5997（5997 Dirac）命名为狄拉克以纪念之。