Odkryj ekscytujące życie genialnego naukowca w tym wpisie na blogu.
Jaka była historia Paula Diraca?
Paul Dirac był brytyjskim fizykiem teoretycznym, który wniósł fundamentalny wkład w rozwój mechaniki kwantowej, kwantowej teorii pola i elektrodynamiki kwantowej. Najbardziej znany jest ze swoich prób ujednolicenia teorii mechaniki kwantowej i teorii względności. Jego równanie Diraca, sformułowane w 1928 r. i opisujące zachowanie fermionów, takich jak elektron, przewidywało istnienie antymaterii, takiej jak pozyton. W 1933 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki wraz z Erwinem Schrödingerem „za odkrycie nowych i produktywnych form teorii atomowej” i jest uważany przez niektórych za jednego z największych fizyków wszechczasów.
Paul Adrien Maurice Dirac urodził się 8 sierpnia 1902 roku w Bristolu w Anglii. Został wychowany w niezwykle surowym i autorytarnym domu przez swojego ojca, szwajcarskiego imigranta, i kształcił się w Merchant Venturers’ Technical College (gdzie jego ojciec był nauczycielem francuskiego), instytucji związanej z Uniwersytetem w Bristolu, która kładła nacisk na przedmioty ścisłe i języki nowożytne.
Dirac kontynuował naukę na Uniwersytecie w Bristolu, kończąc w 1921 roku z tytułem inżyniera elektryka, a następnie licencjata z matematyki stosowanej w 1923 roku. Zdobył stypendium na prowadzenie badań w St John’s College w Cambridge, gdzie pozostał przez większość swojej kariery, kontynuując swoje zainteresowania ogólną teorią względności i wyłaniającą się dziedziną teorii kwantowej, początkowo pod nadzorem Ralpha Fowlera.
Zaczął pracować nad mechaniką kwantową niemal natychmiast po jej wprowadzeniu przez Wernera Heisenberga w 1925 roku i otrzymał tytuł doktora w 1926 roku za kanoniczną kwantyfikację mechaniki klasycznej opartą na niedawno zaproponowanym przez Heisenberga macierzowym sformułowaniu mechaniki kwantowej. Jego matematyczny odpowiednik niezależny od macierzowego sformułowania Heisenberga składał się z niekomutatywnej algebry do obliczania właściwości atomowych.
Budując na pracach Wolfganga Pauliego nad nierelatywistycznymi układami spinowymi, zaproponował „równanie Diraca” w 1928 roku jako relatywistyczne równanie ruchu dla funkcji falowej elektronu. Praca ta doprowadziła go również do przewidzenia istnienia pozytonu (antycząstki elektronu, identycznej z nim we wszystkich aspektach z wyjątkiem ładunku, której istnienie zostało zaobserwowane i potwierdzone przez Carla Andersona w 1932 roku) oraz anihilacji materii i antymaterii, a także pomogła wyjaśnić pochodzenie spinu kwantowego jako zjawiska relatywistycznego. Był również odpowiedzialny za opracowanie notacji „bra-ket” (lub notacji Diraca), standardowej notacji do opisywania stanów kwantowych w teorii mechaniki kwantowej, składającej się z nawiasów (szewronów) i pionowych pasków.
Dirac dużo podróżował, zwłaszcza w młodości, i studiował na różnych zagranicznych uniwersytetach, w tym w Kopenhadze, Getyndze, Leyden, Wisconsin, Michigan i Princeton, a także kilkakrotnie odwiedził Związek Radziecki. W 1929 roku, po spędzeniu pięciu miesięcy w Ameryce, kontynuował swoją podróż po świecie, odwiedzając Japonię (z Heisenbergiem), a następnie wracając przez Syberię.
Jego książka z 1930 roku, zatytułowana „Zasady mechaniki kwantowej”, jest uważana za punkt odniesienia w historii nauki i szybko stała się jednym ze standardowych podręczników na ten temat (jest nadal używana). W tej pracy Dirac zintegrował wcześniejsze prace Heisenberga nad mechaniką macierzową i Erwina Schrödingera nad mechaniką falową w jeden formalizm matematyczny. To w dużej mierze dzięki tej książce zdobył swoją część Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 1933 r.
Został profesorem matematyki Lucasian w Cambridge w 1932 r., a stanowisko to piastował przez następne 37 lat. Na początku lat 30. Dirac wprowadził ideę polaryzacji próżni i rozwinął dziedzinę elektrodynamiki kwantowej (jako pierwszy użył tego terminu). W 1933 roku wykazał, że istnienie pojedynczego monopolu magnetycznego we wszechświecie wystarczyłoby do wyjaśnienia obserwowanej kwantyzacji ładunku elektrycznego (choć do tej pory nie znaleziono przekonującego dowodu na istnienie fizycznych monopoli magnetycznych). W 1937 roku zaproponował spekulatywny model kosmologiczny oparty na tak zwanej hipotezie „dużych liczb”, która, choć nie została zaakceptowana przez główny nurt fizyki, wywarła ogromny wpływ na zwolenników innych niestandardowych kosmologii.
Dirac poślubił Margit „Manci” Wigner (siostrę węgiersko-amerykańskiego fizyka i matematyka Eugène Wignera) w 1937 roku. Adoptował dwójkę dzieci Margit, Judith i Gabriela, a para miała razem jeszcze dwoje dzieci, Mary i Florence. Był znany jako bardzo precyzyjny i uporządkowany człowiek, ale nieśmiały, skromny i małomówny, i argumentowano, że jego autyzm miał kluczowe znaczenie dla jego sukcesu jako fizyka teoretycznego. Jego ważny wkład w fizykę był w dużej mierze motywowany zasadami matematycznego piękna i powiedział kiedyś: „Bóg użył pięknej matematyki, aby stworzyć świat”. Jednak podobno powiedział: „Nie uznaję żadnych mitów religijnych, przynajmniej dlatego, że przeczą sobie nawzajem” i zdecydowanie skrytykował polityczną manipulację religią.
Paul Dirac zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1933 roku wraz ze swoim kolegą Erwinem Schrödingerem na temat odkrycia nowych produktywnych form teorii atomowej. Otrzymał także Medal Królewski (w 1939 r.), Medal Copleya i Medal Maxa Plancka (oba w 1952 r.), a także został wybrany na członka Royal Society w 1930 r. i American Physical Society w 1948 r., a w 1973 r. został członkiem brytyjskiego Orderu Zasługi.
Podczas II wojny światowej pracował nad separacją uranu i bronią jądrową, ale pod koniec życia jego praca coraz bardziej oddalała się od głównego nurtu. W latach 60. opracował teorię „ograniczonej kwantyzacji”, identyfikując ogólne reguły kwantowe dla arbitralnych układów klasycznych, a jego analiza pól kwantowych drgań membran na początku lat 60. okazała się niezwykle przydatna dla współczesnych praktyków teorii superstrun i jej blisko spokrewnionej następczyni, teorii M.
Po nauczaniu jako Lucasian Professor of Mathematics w Cambridge w latach 1932-1968, przeniósł się na Florydę, aby być blisko swojej córki Mary, spędzając ostatnie lata nauczania na University of Miami w Coral Gables i Florida State University w Tallahassee. Dirac zmarł 20 października 1984 roku w Tallahassee na Florydzie, gdzie został pochowany.