Опознайте вълнуващия живот на един блестящ учен в тази публикация в блога.
Каква е историята на Пол Дирак?
Пол Дирак е британски физик-теоретик, който има фундаментален принос за развитието на квантовата механика, квантовата теория на полето и квантовата електродинамика. Той е най-известен с опитите си да обедини теориите на квантовата механика и относителността. Уравнението на Дирак, формулирано през 1928 г. и описващо поведението на фермиони като електрона, предсказва съществуването на антиматерия като позитрона. Той споделя Нобеловата награда за физика за 1933 г. с Ервин Шрьодингер „за откриването на нови и продуктивни форми на атомната теория“ и е смятан от някои за един от най-великите физици на всички времена.
Пол Адриен Морис Дирак е роден на 8 август 1902 г. в Бристол, Англия. Той е отгледан в необичайно строго и авторитарно домакинство от баща си, швейцарски имигрант, и е образован в Техническия колеж на търговците (където баща му е учител по френски език) – учебно заведение към Бристолския университет, в което се набляга на научните предмети и модерните езици.
Дирак продължава обучението си в Бристолския университет, където през 1921 г. завършва електроинженерство, последвано от бакалавърска степен по приложна математика през 1923 г. Той печели стипендия за провеждане на научни изследвания в колежа „Сейнт Джон“ в Кеймбридж, където остава през по-голямата част от кариерата си, като се занимава с интересите си в областта на общата теория на относителността и нововъзникващата област на квантовата теория, първоначално под ръководството на Ралф Фаулър.
Той започва да работи върху квантовата механика почти веднага след като тя е въведена от Вернер Хайзенберг през 1925 г. и получава докторска степен през 1926 г. за своята канонична квантификация на класическата механика, основана на наскоро предложената от Хайзенберг матрична формулировка на квантовата механика. Неговият математически еквивалент, независим от матричната формулировка на Хайзенберг, се състои от некомутативна алгебра за изчисляване на свойствата на атомите.
Въз основа на работата на Волфганг Паули върху нерелативистичните спинови системи, той предлага „уравнението на Дирак“ през 1928 г. като релативистично уравнение на движението за електронната вълнова функция. Тази работа го кара да предскаже и съществуването на позитрона (античастица на електрона, идентична с него във всички аспекти с изключение на заряда му, чието съществуване е наблюдавано и потвърдено от Карл Андерсън през 1932 г.) и анихилацията на материя и антиматерия, както и помага да се обясни произходът на квантовия спин като релативистично явление. Той също така е отговорен за разработването на нотацията „скоби“ (или нотацията на Дирак), стандартната нотация за описание на квантовите състояния в квантовомеханичната теория, състояща се от скоби (шеврони) и вертикални ленти.
Дирак пътува много, особено в по-младите си години, и учи в различни чуждестранни университети, включително Копенхаген, Гьотинген, Лайден, Уисконсин, Мичиган и Принстън, и посещава Съветския съюз няколко пъти. През 1929 г., след като прекарва пет месеца в Америка, той продължава световната си обиколка, като посещава Япония (заедно с Хайзенберг), след което се връща през Сибир.
Книгата му от 1930 г., озаглавена „Принципи на квантовата механика“, се счита за справочник в историята на науката и бързо се превръща в един от стандартните учебници по темата (използва се и днес). В този труд Дирак интегрира по-ранните работи на Хайзенберг върху матричната механика и тези на Ервин Шрьодингер върху вълновата механика в единен математически формализъм. До голяма степен благодарение на тази книга Дирак получава своя дял от Нобеловата награда за физика през 1933 г.
През 1932 г. той става Лукасов професор по математика в Кеймбридж и заема този пост през следващите 37 години. В началото на 30-те години Дирак въвежда идеята за поляризация на вакуума и развива областта на квантовата електродинамика (той е първият, който използва този термин). През 1933 г. той показва, че съществуването на един-единствен магнитен монопол във Вселената би било достатъчно, за да се обясни наблюдаваната квантизация на електрическия заряд (въпреки че и до днес все още не е намерено убедително доказателство за съществуването на физически магнитни монополи). През 1937 г. той предлага спекулативен космологичен модел, основан на т.нар. хипотеза за „големите числа“, която, въпреки че не е приета от основните направления на физиката, оказва голямо влияние върху привържениците на други нестандартни космологии.
Дирак се жени за Маргит „Манчи“ Вигнер (сестра на унгарско-американския физик и математик Еужен Вигнер) през 1937 г. Той осиновява двете деца на Маргит – Джудит и Габриел, и двойката има още две деца заедно – Мери и Флоранс. Известен е като много прецизен и подреден човек, но срамежлив, скромен и мълчалив, и се твърди, че аутизмът му е бил от решаващо значение за успеха му като теоретичен физик. Важните му приноси към физиката са до голяма степен мотивирани от принципите на математическата красота и веднъж той казва: „Бог е използвал красива математика, за да създаде света“. Съобщава се обаче, че е казал: „Не признавам никакви религиозни митове, най-малкото защото те си противоречат един на друг“, и остро критикува политическото манипулиране на религията.
Пол Дирак печели Нобелова награда за физика през 1933 г. заедно с колегата си Ервин Шрьодингер по повод откриването на нови продуктивни форми на атомната теория. Наред с други отличия е награден с Кралския медал (през 1939 г.), медал „Копли“ и медал „Макс Планк“ (и двата през 1952 г.), а през 1930 г. е избран за член на Кралското дружество, а през 1948 г. – за член на Американското физическо дружество, а през 1973 г. – за член на Британския орден за заслуги.
По време на Втората световна война той работи върху отделянето на уран и ядрените оръжия, но до края на живота си работата му все повече се отдалечава от мейнстрийма. През 60-те години на ХХ в. той разработва теория на „ограниченото квантуване“, като определя общи квантови правила за произволни класически системи, а неговият анализ на квантовите полета на мембранните вибрации в началото на 60-те години се оказва изключително полезен за съвременните практици на теорията на суперструните и нейния тясно свързан наследник – М-теорията.
След като преподава като Лукасов професор по математика в Кеймбридж от 1932 до 1968 г., той се премества във Флорида, за да бъде близо до дъщеря си Мери, като прекарва последните си години в преподаване в Университета на Маями в Корал Гейбълс и Държавния университет на Флорида в Талахаси. Дирак умира на 20 октомври 1984 г. в Талахаси, Флорида, където е погребан.