Поль Дірак. Біографія вченого

БІОГРАФІЇ ВЕЛИКИХ ВЧЕНИХ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Біографії великих вчених

Дірак Поль Адрієн Моріс. Біографія вченого

Біографії великих вчених

Поль Дірак (1902-1984).

Англійський фізик Поль Адрієн Моріс Дірак народився 8 серпня 1902 року в Брістолі, у родині уродженця Швеції Чарлза Адрієна Ладіслава Дірака, вчителя французької мови в приватній школі, та англійки Флоренс Ханни (Холтен) Дірак.

Спочатку Поль навчався у комерційному училищі у Брістолі. Потім з 1918 по 1921 він вивчав електротехніку в Брістольському університеті і закінчив його зі ступенем бакалавра наук. Після цього Поль пройшов ще й дворічний курс прикладної математики у тому університеті. "Під час цієї математичної освіти найбільше вплинув на мене Фрезер... він був прекрасним учителем, здатним навіяти своїм студентам почуття дійсного захоплення фундаментальними ідеями математики... - згадував Дірак. - У Фрезера я навчився двох речей. По-перше, суворої математики. я використовував тільки нестрогу математику, яка задовольняла інженерів… Вони не дбали про точне визначення межі, про те, як довго підсумовувати ряди, та про інші подібні речі. Фрезер вчив, що для поводження з цими предметами іноді потрібні суворі логічні ідеї». І далі: "Друга річ, якою я навчився у Фрезера, була проективна геометрія. Вона зробила на мене глибокий вплив завдяки притаманній їй математичній красі... Проективна геометрія завжди працює з плоским простором... вона забезпечує вас методами, такими як метод взаємнооднозначних відповідностей, які, як за помахом чарівної палички, отримують результати; теореми евклідової геометрії, над якими ви довго мучилися, виводяться найпростішими способами, якщо використовувати міркування проективної геометрії ".

Дірак продовжував цікавитись проективною геометрією і після того, як наприкінці 1923 року став аспірантом Кембриджського університету, який спеціалізується на теоретичній фізиці під керівництвом Ральфа Говарда Фаулера. Зокрема, він регулярно відвідував чаювання в будинку професора Бейкера, що відбувалися суботнім вечором. Після кожного з таких чаювання хтось робив повідомлення про геометричне завдання. Сам Дірак теж "працював із проективною геометрією... і зробив одне з повідомлень на такому чаюванні. Це була перша лекція в моєму житті, і, звичайно, я її добре запам'ятав. У ній йшлося про новий метод вирішення проективних завдань".

Потім Дірак вступив до аспірантури з математики коледжу св. Іоанна в Кембриджі та у 1926 році захистив докторську дисертацію. Наступного року Дірак став членом наукової ради того ж таки коледжу.

Ще в університеті Дірак зацікавився теорією відносності Альберта Ейнштейна. У роки, коли Дірак проходив аспірантуру в Кембриджі, Гейзенберг та Шредінгер розробили свої формулювання квантової механіки, застосувавши квантову теорію до опису поведінки атомних та субатомних систем та руху таких частинок, як електрон.

Дірак почав вивчати рівняння Гейзенберга і Шредінгера, як тільки ті були опубліковані в 1925, висловивши при цьому кілька корисних зауважень. Одним із недоліків квантової механіки було те, що вона була розроблена лише стосовно частинок, що мають малу швидкість (у порівнянні зі швидкістю світла), а це дозволяло знехтувати ефектами, що розглядаються теорією відносності Ейнштейна. Ефекти теорії відносності, такі як збільшення маси частки зі зростанням швидкості, стають суттєвими лише тоді, коли швидкості починають наближатися до швидкості світла.

На Сольвіївському конгресі у жовтні 1927 року до Дірака підійшов Бор. Ось як згадує про це сам Дірак: "Бор підійшов до мене і запитав: "Над чим зараз працюєте?" Я почав пояснювати йому, що розв'язання задачі Клейна, засноване на рівнянні Клейна-Гордона, є незадовільним, оскільки його не можна узгодити з моєю загальною фізичною інтерпретацією квантової механіки, проте я так і не зміг пояснити що-небудь Бору, бо наш розмова була перервана початком лекції і питання повисло в повітрі".

Дірак був незадоволений. Він прагнув отримати рівняння одного електрона, а чи не системи частинок з різними зарядами. Він досяг свого, але рішення його здивувало. Двовимірних частинок Паулі, які добре описують спин у нерелятивістському випадку, явно не вистачало. Електрон у теорії мав зайвий ступінь свободи – свободи, як виявилося, переходу в стан із негативною енергією. Це виглядало настільки дико, що можна було відмовитися від усього зробленого.

У пошуках виходу Дірак запропонував дивну ідею. Він припустив, що всі електрони Всесвіту займають рівні з негативною енергією, згідно з принципом Паулі, утворюючи фон, що не спостерігається. Спостерігаються лише електрони з позитивною енергією. "Електрони, - пише Дірак, - розподілені по всьому світу з великою щільністю в кожній точці. Досконала порожнеча є область, де всі стани з негативною енергією зайняті". "Незаповнені стани з негативною енергією представляться як щось із позитивною енергією, тому що для того, щоб вони зникли, необхідно внести туди один електрон з негативною енергією. Ми припускаємо, що ці незайняті стани з негативною енергією є протонами".

Теорія Дірака була зустрінута скептично. Викликав недовіру гіпотетичний фон електронів, крім того, теорія Дірака, за його словами, "була дуже симетрична щодо електронів та протонів".

Але протон відрізняється від електрона як знаком заряду, а й масою. Відкриття позитрона, частки дійсно симетричної електрони, змусило по-новому оцінити теорію Дірака, яка по суті передбачала існування позитрона та інших античасток.

На Ленінградській конференції 1933 року Дірак наступним чином викладав сутність теорії позитрона: "Припустимо, що у тому світі, який ми знаємо, майже всі електронні стани з негативною енергією зайняті електронами. Ця сукупність електронів, що сидять на негативних рівнях енергії, внаслідок своєї однорідності не може сприйматися нашими почуттями та вимірювальними приладами, і тільки не зайняті електронами рівні, будучи чимось винятковим, якимось порушенням однорідності, можуть бути помічені нами абсолютно таким же чином, як ми помічаємо зайняті стани електронів з позитивними енергіями. енергією, тобто "дірка" у розподілі електронів з негативною енергією сприйматиметься нами як частка з позитивною енергією, адже відсутність негативної кінетичної енергії рівносильна присутності позитивної кінетичної енергії, тому що мінус на мінус дає плюс. зпозитроном, тобто стверджувати, що позитрон є "дірка" у розподілі електронів з негативною енергією.

"Згідно з теорією Дірака, - писав Ф. Жоліо, - позитивний електрон при зіткненні з вільним або слабо пов'язаним негативним електроном може зникати, утворюючи два фотони, що випускаються в протилежних напрямках".

Існує і зворотний процес – "матеріалізація" фотонів, коли "фотони з досить великою енергією при зіткненні з важкими ядрами можуть створювати позитивні електрони… Фотон, взаємодіючи з ядром, може створити два електрони з протилежними зарядами".

Виведене англійським ученим і опубліковане в 1928 рівняння називається тепер рівнянням Дірака. Воно дозволило досягти згоди з експериментальними даними. Зокрема, спин, який раніше був гіпотезою, підтверджувався рівнянням Дірака. Це був тріумф його теорії. Крім того, рівняння Дірака дозволило передбачити магнітні властивості електрона (магнітний момент).

Діраку належить теоретичне передбачення можливості народження електрон-антиелектронної пари з фотона досить великої енергії. Передбачений Дірак антиелектрон був відкритий в 1932 Карлом Д. Андерсеном і був названий позитроном. Пізніше підтвердилося і припущення Дірака про можливість народження пари. Згодом Дірак висунув гіпотезу про те, що й інші частинки, такі як протон, також повинні мати свої аналоги з антиматерії, але для опису таких пар частинок та античастинок знадобилася б складніша теорія. Існування антипротону було підтверджено експериментально у 1955 році Оуеном Чемберленом. В даний час відомі і багато інших античастин.

Рівняння Дірака дозволило внести ясність у проблему розсіянь рентгенівського випромінювання речовиною. Рентгенівське випромінювання спочатку поводиться як хвиля, потім взаємодіє з електроном як частка (фотон) і після зіткнення знову подібна до хвилі. Теорія Дірака дала докладний кількісний опис такої взаємодії.

Пізніше Дірак відкрив статистичний розподіл енергії у системі електронів, відомий тепер під назвою статистики Фермі-Дірака. Ця робота мала велике значення для теоретичного осмислення електричних властивостей металів і напівпровідників.

Дірак передбачив також існування магнітних монополів - ізольованих позитивних або негативних магнітних частинок, подібних до позитивно або негативно заряджених електричних частинок. Спроби експериментально виявити магнітні монополя досі не мали успіху. Всі відомі магніти мають два полюси - північний та південний, які невіддільні один від одного. Дірак висловив припущення і про те, що природні фізичні константи, наприклад гравітаційна стала, можуть виявитися не постійними в точному розумінні слів, а повільно змінюватися з часом. Ослаблення гравітації, якщо воно взагалі існує, відбувається настільки повільно, що виявити його надзвичайно важко, і тому воно залишається гіпотетичним.

Дірак та Шредінгер отримали Нобелівську премію з фізики 1933 року "за відкриття нових продуктивних форм атомної теорії". У своїй лекції Дірак вказав на те, що з симетрії між позитивними і негативними електричними зарядами можливість існування "зірок, що складаються головним чином з позитронів і антипротонів. володіти однаковими спектрами, і розрізнити їх методами сучасної астрономії було б неможливо.

У 1937 році Дірак одружився з Маргіт Вігнер, сестрою фізика Еугена П. Вігнера. Вони мали дві доньки.

Зазвичай прийнято вважати Дірака мовчазною і не дуже товариською людиною. Так воно й було. Він волів працювати поодинці, і безпосередніх учнів у нього було мало. Але поряд з цим у ньому вживалася здатність до щирої та глибокої дружби. Двох своїх чи не найближчих друзів знайшов Дірак у Радянському Союзі. Це були Петро Капіца та Ігор Тамм.

Цікаві спогади дочки Тамма Ірини про Дірака: "Два роки поспіль у нас зупинявся П. А. М. Дірак, що приїжджав до Москви, з яким тато познайомився і подружився в 28-му році у Еренфеста в Лейдені. Пам'ятаю, як у свій другий приїзд увечері входить сяючий Дірак і, піднявши палець, урочисто заявляє: "Тамм, у вас грандіозні зміни. У відповідь на загальне здивування він пояснив: "Тепер у туалеті горить лампочка".

Восени 1934 року Капіце було дозволено повернутися до Англії, в лабораторію, якої він завідував, і змушений був залишитися у СРСР спочатку без можливості наукової роботи. Дірак хотів приїхати до Радянського Союзу для того, щоб спробувати допомогти Капиці.

Ця проблема докладно обговорювалася у листуванні між ним та дружиною Капиці - Анною Олексіївною, яка була тоді в Кембриджі. Дірак того року читав лекції у США. Щоб визволити Капіцу, він навіть збирав підписи під колективним листом американських фізиків уряду СРСР, разом із Р. Міллікеном здійснив візит до радянського посольства.

Друзі та знайомі Поля Дірака часто бували вражені його несподіваною та іноді "дивною" реакцією на теми, що виникають у розмові. Щоправда, потім ставало очевидним, що його зауваження були природною і логічною відповіддю, і що тільки суто автоматичні та бездумні асоціації всіх інших і змушували чекати від нього чогось іншого. Це ж властивість виявлялося у його фізиці. Подібність настільки явно, що багато зі знаменитих історій про вченого можуть бути прямо поставлені у відповідність до деяких з його статей.

Ось, наприклад, історія про пігулки у пляшці, розказана Г. Р. Ульмом. Ульм вибачився за шум у своїй кишені, пояснивши, що пляшка вже не повна і тому робить шум. Дірак зауважив: "Я думаю, вона здійснює найбільший шум, коли вона заповнена наполовину". Він уловив той факт, що пляшка не робить шуму не тільки коли порожня, що очевидно, але й коли повністю заповнена. Ця думка схожа на ідею, що лежить в основі його "діркової теорії".

В іншому епізоді розмова за чаєм зайшла про те, що серед дітей, які народилися останнім часом у фізиків у Кембриджі, була напрочуд велика частка дівчаток. Коли хтось легковажно зауважив: "Мабуть, щось у повітрі!" - Дірак додав після паузи: "Або, можливо, у воді". Він сприйняв вираз "у повітрі" над його умовному сенсі, але буквально, побачивши можливе застосування. Ця тенденція відбивається у багатьох його роботах. Можливо, вперше вона виявилася в тому, як він використав спостереження Гейзенберга, що квантові змінні не комутують. Самому Гейзенбергу це здавалося потворною рисою формалізму. Дірак, навпаки, показав, що ця обставина займає дуже важливе місце у новій теорії.

Ще одна характерна особливість Дірака виявилася в історії, що сталася в Копенгагені. Друзі помітили, що відомий фізик Паулі надто швидко набирає вагу. Тоді Дірака попросили стежити, щоб той не їв занадто багато. Паулі взяв участь у цій грі і запитав Дірака, скільки шматків цукру він може покласти у каву. "Я думаю, одного для вас буде достатньо, - сказав Дірак, додавши трохи згодом: - Я думаю, одного достатньо для кожного". Після деякого подальшого роздуму: "Я думаю, що шматки зроблені таким чином, що одного достатньо для кожного".

Така віра в упорядкованість світу часто відображається в його роботах і, перш за все, у зауваженні у статті, що показує, що магнітний монополь не суперечить відомим законам квантової механіки: "Було б дивно, якби природа не використовувала це".

Коли Дірак розповідав про свої роботи, то слухачам здавалося, що він не так пояснює існуючий світ, а як творець, створює свій власний, красивий, математично суворий. Лише наприкінці повертається до реальності. Порівнюючи свій світ зі світом реальним, Дірак часом стикався з такими несподіванками, які б інші вважали за нищівний удар по теорії. Але саме це і не було властиво Діраку. Вирішальним критерієм істини йому була логічна замкнутість. Так, він ніколи не міг упокоритися із сучасною йому теорією релятивістських квантових полів, заснованої на методі перенормування.

Після завершення робіт з релятивістської квантової механіки Дірак багато подорожував, побував в університетах Японії, Радянського Союзу та Сполучених Штатів. З 1932 року і до відставки у 1968 році він був професором фізики в Кембриджі. Після того як Дірак залишив Кембридж, його запросили до Флоридського університету, професором якого залишався до кінця життя. В 1973 Дірак був нагороджений орденом "За заслуги" Великобританії. Він був обраний іноземним членом американської Національної академії наук (1949) та членом Папської академії наук (1961).

Дірак помер у Таллахассі 20 жовтня 1984 року.

Автор: Самін Д.К.

Рекомендуємо цікаві статті розділу Біографії великих вчених:

▪ Парацельс. Біографія

▪ Бутлеров Олександр. Біографія

▪ Вавілов Микола. Біографія

Дивіться інші статті розділу Біографії великих вчених.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву

Анонсовано специфікацію PCIe 7.0 21.06.2022

Організація PCI-SIG відсвяткувала своє 30-річчя та оголосила про чергову еволюцію технології PCIe – специфікації PCIe 7.0. Як очікується, майбутня специфікація дозволить збільшити швидкість передачі через 3 роки, підвищивши показник до 128 ГТ/с. Фінальна специфікація PCIe 7.0 має бути випущена для учасників у 2025 році.

Технічні робочі групи PCI-SIG розроблятимуть специфікацію PCIe 7.0 з наступними функціональними цілями:

Швидкість передачі до 128 ГТ/с. Для конфігурацій з 16 ліній дуплексна швидкість становитиме до 512 ГБ/с.
Використання амплітудно-імпульсної модуляції PAM4.
Зосередженість на параметрах каналу та охопленні.
Прагнення досягти цілей у сферах низької затримки та високої надійності.
Підвищення енергоефективності.
Підтримка зворотної сумісності з усіма попередніми поколіннями PCIe.
Анонсовано специфікацію PCIe 7.0 зі швидкістю передачі даних до 128 ГТ/с

Як очікується, новий стандарт PCIe 7.0 знайде своє застосування у широкому переліку рішень, включаючи додатки та ринки з інтенсивним використанням даних.

Йдеться про 800-гігабітний Ethernet, додатки штучного інтелекту та машинного навчання, високопродуктивні обчислення, квантові обчислення, гіпермасштабні центри обробки даних та хмарні технології.

Інші цікаві новини:

▪ У рибальстві використовують три чверті світового океану

▪ Ефективні органічні сонячні панелі

▪ Термопаста Xigmatek Xi-3 HDT

▪ Прозорий адаптер для фотокамер

▪ Технологія FreeSync – у всіх моніторах Samsung Ultra HD

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Особистий транспорт: наземний, водний, повітряний. Добірка статей

▪ стаття Плани міст та спеціальні карти. Основи безпечної життєдіяльності

▪ статья Яку практичну користь давали піратам сережки у вухах? Детальна відповідь

▪ стаття Коріандр посівний. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Невибагливий металошукач з підвищеною чутливістю, що працює на принципі биття. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Отримання зображення на екрані. Фізичний експеримент

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт