Találkozz ebben a blogbejegyzésben egy zseniális tudós izgalmas életével.
Mi volt Paul Dirac története?
Paul Dirac brit elméleti fizikus volt, aki alapvetően hozzájárult a kvantummechanika, a kvantumtérelmélet és a kvantumelektrodinamika fejlődéséhez. Leginkább a kvantummechanika és a relativitáselmélet egyesítésére tett kísérleteiről ismert. Az 1928-ban megfogalmazott Dirac-egyenlete, amely a fermionok, például az elektron viselkedését írja le, megjósolta az antianyag, például a pozitron létezését. Az 1933-as fizikai Nobel-díjat Erwin Schrödingerrel közösen kapta “az atomelmélet új és eredményes formáinak felfedezéséért”, és egyesek minden idők egyik legnagyobb fizikusának tartják.
Paul Adrien Maurice Dirac 1902. augusztus 8-án született az angliai Bristolban. Apja, egy svájci bevándorló, szokatlanul szigorú és tekintélyelvű háztartásban nevelkedett, és a Merchant Venturers’ Technical College-ban tanult (ahol apja franciatanár volt), amely a Bristoli Egyetemhez tartozó, természettudományos tárgyakat és modern nyelveket oktató intézmény volt.
Dirac a Bristoli Egyetemen folytatta tanulmányait, és 1921-ben villamosmérnöki diplomát szerzett, majd 1923-ban alkalmazott matematikából szerzett diplomát. Ösztöndíjat nyert, hogy a cambridge-i St John’s College-ban kutathasson, ahol pályafutása nagy részében maradt, és az általános relativitáselmélet és a kialakulóban lévő kvantumelmélet területén folytatott kutatásokat, kezdetben Ralph Fowler felügyelete alatt.
A kvantummechanikával szinte rögtön akkor kezdett el foglalkozni, amikor Werner Heisenberg 1925-ben bevezette azt, és 1926-ban doktorátust kapott a klasszikus mechanika kanonikus kvantorizálásáért, amely a kvantummechanika Heisenberg által nemrég javasolt mátrixos megfogalmazásán alapult. Heisenberg mátrixformulájától független matematikai megfelelője egy nem-kommutatív algebrából állt az atomi tulajdonságok kiszámítására.
Felépve Wolfgang Pauli nemrelativisztikus spinrendszerekkel kapcsolatos munkájára, 1928-ban javasolta a “Dirac-egyenletet” mint az elektron hullámfüggvény relativisztikus mozgásegyenletét. E munkája alapján megjósolta a pozitron (az elektron antirészecskéje, amely a töltésén kívül mindenben azonos vele, és amelynek létezését Carl Anderson 1932-ben megfigyelte és megerősítette) és az anyag-antianyag annihiláció létezését is, valamint segített megmagyarázni a kvantumspin eredetét mint relativisztikus jelenséget. Az ő nevéhez fűződik a “bra-ket” jelölés (vagy Dirac-jelölés) kidolgozása is, amely a kvantummechanikai elméletben a kvantumállapotok leírására szolgáló, zárójelekből (ékzárókból) és függőleges sávokból álló szabványos jelölés.
Dirac sokat utazott, különösen fiatalabb éveiben, és számos külföldi egyetemen tanult, többek között Koppenhágában, Göttingenben, Leydenben, Wisconsinban, Michiganben és Princetonban, és többször járt a Szovjetunióban. Miután 1929-ben öt hónapot töltött Amerikában, világkörüli útját azzal folytatta, hogy (Heisenberggel együtt) Japánban járt, majd Szibérián keresztül tért vissza.
Az 1930-ban megjelent “A kvantummechanika alapelvei” című könyve tudománytörténeti referenciának számít, és hamarosan a téma egyik standard tankönyvévé vált (ma is használják). Ebben a művében Dirac egyetlen matematikai formalizmusba integrálta Heisenberg korábbi munkáit a mátrixmechanikáról és Erwin Schrödingerét a hullámmechanikáról. Nagyrészt ennek a könyvnek köszönhette, hogy 1933-ban elnyerte a fizikai Nobel-díj rá eső részét.
1932-ben lett a matematika Lucasian professzora Cambridge-ben, és ezt a posztot a következő 37 évben töltötte be. Az 1930-as évek elején Dirac vezette be a vákuum polarizációjának gondolatát, és fejlesztette ki a kvantumelektrodinamika területét (ő volt az első, aki ezt a kifejezést használta). 1933-ban kimutatta, hogy a világegyetemben egyetlen mágneses monopólus létezése elegendő lenne az elektromos töltés megfigyelt kvantálódásának magyarázatához (bár a mai napig nem sikerült meggyőző bizonyítékot találni a fizikai mágneses monopólusok létezésére). 1937-ben egy spekulatív kozmológiai modellt javasolt, amely az úgynevezett “nagy számok” hipotézisén alapult, és amelyet, bár a mainstream fizika nem fogadott el, nagy hatással volt más, nem szabványos kozmológiák híveire.
Dirac 1937-ben feleségül vette Margit “Manci” Wignert (Eugène Wigner magyar-amerikai fizikus és matematikus testvérét). Margit két gyermekét, Juditot és Gábrielt örökbe fogadta, és a párnak még két közös gyermeke született, Mária és Florence. Nagyon precíz és rendezett embernek ismerték, de félénk, szerény és hallgatag volt, és azt állítják, hogy autizmusa döntő szerepet játszott elméleti fizikusként elért sikereihez. A fizikához való fontos hozzájárulásait nagyrészt a matematikai szépség elvei motiválták, és egyszer azt mondta: “Isten a szép matematikát használta a világ megteremtéséhez”. Ugyanakkor állítólag azt mondta: “Nem ismerek el semmilyen vallási mítoszt, legalábbis azért, mert ezek ellentmondanak egymásnak”, és élesen bírálta a vallás politikai manipulációját.
Paul Dirac 1933-ban kollégájával, Erwin Schrödingerrel együtt kapta meg a fizikai Nobel-díjat az atomelmélet új, produktív formáinak felfedezéséért. Emellett megkapta többek között a Királyi Érmet (1939-ben), a Copley-érmet és a Max Planck-érmet (mindkettőt 1952-ben). 1930-ban a Royal Society, 1948-ban az Amerikai Fizikai Társaság tagjává választották, 1973-ban pedig a Brit Érdemrend tagjává avatták.
A második világháború alatt az urán leválasztásával és a nukleáris fegyverekkel foglalkozott, de élete végére munkássága egyre távolabb került a főáramlattól. Az 1960-as években kidolgozta a “korlátozott kvantálás” elméletét, amely általános kvantumszabályokat azonosított tetszőleges klasszikus rendszerekre, és a membránrezgések kvantummezőinek az 1960-as évek elején végzett elemzése rendkívül hasznosnak bizonyult a szuperhúrelmélet és az azzal szorosan összefüggő utódja, az M-elmélet modern művelői számára.
Azt követően, hogy 1932-től 1968-ig a matematika Lucasian professzoraként tanított Cambridge-ben, Floridába költözött, hogy lánya, Mary közelében lehessen, és utolsó éveit a Miami Egyetemen Coral Gablesben és a Florida Állami Egyetemen Tallahassee-ben töltötte. Dirac 1984. október 20-án halt meg a floridai Tallahassee-ben, ahol el is temették.