Upptäck en lysande forskares spännande liv i detta blogginlägg.
Vad var historien om Paul Dirac?
Paul Dirac var en brittisk teoretisk fysiker som gjorde grundläggande bidrag till utvecklingen av kvantmekanik, kvantfältteori och kvantelektrodynamik. Han är mest känd för sina försök att förena kvantmekanikens och relativitetsteorins teorier. Hans Dirac-ekvation, som formulerades 1928 och beskriver beteendet hos fermioner som elektronen, förutspådde förekomsten av antimateria som positronen. Han delade 1933 års Nobelpris i fysik med Erwin Schrödinger ”för upptäckten av nya och produktiva former av atomteori” och anses av vissa vara en av de största fysikerna genom tiderna.
Paul Adrien Maurice Dirac föddes den 8 augusti 1902 i Bristol, England. Han uppfostrades i ett ovanligt strikt och auktoritärt hushåll av sin far, en schweizisk invandrare, och utbildades vid Merchant Venturers’ Technical College (där hans far var fransklärare), en institution knuten till University of Bristol som betonade vetenskapliga ämnen och moderna språk.
Dirac fortsatte sina studier vid University of Bristol och tog 1921 en examen i elektroteknik, följt av en BA i tillämpad matematik 1923. Han fick ett stipendium för att bedriva forskning vid St John’s College i Cambridge, där han stannade under större delen av sin karriär och ägnade sig åt allmän relativitetsteori och det framväxande området kvantteori, inledningsvis under ledning av Ralph Fowler.
Han började arbeta med kvantmekanik nästan så snart den introducerades av Werner Heisenberg 1925, och tilldelades en doktorsexamen 1926 för sin kanoniska kvantifiering av klassisk mekanik baserad på Heisenbergs nyligen föreslagna matrisformulering av kvantmekanik. Hans matematiska motsvarighet oberoende av Heisenbergs matrisformulering bestod av en icke-kommutativ algebra för beräkning av atomära egenskaper.
Med utgångspunkt i Wolfgang Paulis arbete med icke-relativistiska spinnsystem föreslog han 1928 ”Diracekvationen” som en relativistisk rörelseekvation för elektronens vågfunktion. Detta arbete ledde också till att han förutspådde positronens existens (elektronens antipartikel, identisk med elektronen i alla avseenden utom laddningen, vars existens observerades och bekräftades av Carl Anderson 1932) och materia-antimateria-förintelse, samt bidrog till att förklara kvantspinnet som ett relativistiskt fenomen. Han var också ansvarig för att utveckla ”bra-ket”-notationen (eller Dirac-notationen), standardnotationen för att beskriva kvanttillstånd i kvantmekanisk teori, bestående av parenteser (chevrons) och vertikala streck.
Dirac reste mycket, särskilt under sina yngre år, och studerade vid olika utländska universitet, inklusive Köpenhamn, Göttingen, Leyden, Wisconsin, Michigan och Princeton, och besökte Sovjetunionen flera gånger. Efter att ha tillbringat fem månader i Amerika 1929 fortsatte han sin världsresa genom att besöka Japan (tillsammans med Heisenberg) och återvände sedan via Sibirien.
Hans bok från 1930, ”Principles of Quantum Mechanics”, anses vara en referens i vetenskapshistorien och blev snabbt en av standardläroböckerna i ämnet (den används fortfarande idag). I detta verk integrerade Dirac Heisenbergs tidigare arbete med matrismekanik och Erwin Schrödingers arbete med vågmekanik i en enda matematisk formalism. Det var till stor del tack vare denna bok som han fick sin del av Nobelpriset i fysik 1933.
Han blev Lucasian Professor of Mathematics vid Cambridge 1932, en post som han innehade under de kommande 37 åren. I början av 1930-talet introducerade Dirac idén om vakuumpolarisation och utvecklade kvantelektrodynamiken (han var den förste som använde termen). År 1933 visade han att förekomsten av en enda magnetisk monopol i universum skulle räcka för att förklara den observerade kvantifieringen av elektrisk laddning (även om det hittills inte har hittats något övertygande bevis för förekomsten av fysiska magnetiska monopoler). År 1937 föreslog han en spekulativ kosmologisk modell baserad på den så kallade ”stora tal”-hypotesen som, även om den inte accepterats av mainstreamfysiken, har haft stort inflytande på förespråkare av andra icke-standardiserade kosmologier.
Dirac gifte sig 1937 med Margit ”Manci” Wigner (syster till den ungersk-amerikanske fysikern och matematikern Eugène Wigner). Han adopterade Margits två barn, Judith och Gabriel, och paret fick ytterligare två barn tillsammans, Mary och Florence. Han var känd som en mycket noggrann och ordningsam man, men blyg, blygsam och tystlåten, och det har hävdats att hans autism var avgörande för hans framgång som teoretisk fysiker. Hans viktiga bidrag till fysiken motiverades till stor del av principer om matematisk skönhet och han sade en gång: ”Gud använde vacker matematik för att skapa världen”. Han lär dock ha sagt: ”Jag känner inte igen några religiösa myter, åtminstone inte eftersom de motsäger varandra”, och han kritiserade starkt den politiska manipulationen av religion.
Paul Dirac fick 1933 års Nobelpris i fysik tillsammans med sin kollega Erwin Schrödinger för upptäckten av nya produktiva former av atomteori. Han fick även Royal Medal (1939), Copley Medal och Max Planck Medal (båda 1952), bland andra utmärkelser, och valdes till Fellow of the Royal Society 1930 och till Fellow of the American Physical Society 1948, och blev medlem av den brittiska Order of Merit 1973.
Under andra världskriget arbetade han med uranseparation och kärnvapen, men hans arbete rörde sig allt längre bort från huvudfåran mot slutet av hans liv. På 1960-talet utvecklade han en teori om ”begränsad kvantifiering”, som identifierar allmänna kvantregler för godtyckliga klassiska system, och hans analys av kvantfälten för membranvibrationer i början av 1960-talet har visat sig vara extremt användbar för moderna utövare av supersträngteori och dess nära besläktade efterföljare, M-teori.
Efter att ha undervisat som Lucasian Professor of Mathematics vid Cambridge från 1932 till 1968 flyttade han till Florida för att vara nära sin dotter Mary och tillbringade sina sista år med att undervisa vid University of Miami i Coral Gables och Florida State University i Tallahassee. Dirac dog den 20 oktober 1984 i Tallahassee, Florida, där han är begravd.