Opdag en genial videnskabsmands spændende liv i dette blogindlæg.
Hvad var historien om Paul Dirac?
Paul Dirac var en britisk teoretisk fysiker, som ydede grundlæggende bidrag til udviklingen af kvantemekanik, kvantefeltteori og kvanteelektrodynamik. Han er bedst kendt for sine forsøg på at forene teorierne om kvantemekanik og relativitetsteori. Hans Dirac-ligning, som blev formuleret i 1928, og som beskriver opførslen af fermioner som elektronen, forudsagde eksistensen af antimaterie som positronen. Han delte Nobelprisen i fysik i 1933 med Erwin Schrödinger „for opdagelsen af nye og produktive former for atomteori‟ og anses af nogle for at være en af de største fysikere nogensinde.
Paul Adrien Maurice Dirac blev født den 8. august 1902 i Bristol, England. Han voksede op i et usædvanligt strengt og autoritært hjem hos sin far, en schweizisk immigrant, og blev uddannet på Merchant Venturers‛ Technical College (hvor hans far var fransklærer), en institution tilknyttet University of Bristol, der lagde vægt på videnskabelige fag og moderne sprog.
Dirac fortsatte sine studier på University of Bristol, hvor han dimitterede i 1921 med en grad i elektroteknik efterfulgt af en BA i anvendt matematik i 1923. Han vandt et stipendium til at forske på St John’s College, Cambridge, hvor han forblev det meste af sin karriere og forfulgte sine interesser i generel relativitetsteori og det nye felt kvanteteori, i første omgang under opsyn af Ralph Fowler.
Han begyndte at arbejde med kvantemekanik, næsten lige så snart den blev introduceret af Werner Heisenberg i 1925, og blev tildelt en ph.d. i 1926 for sin kanoniske kvantificering af klassisk mekanik baseret på Heisenbergs nyligt foreslåede matrixformulering af kvantemekanik. Hans matematiske ækvivalent uafhængigt af Heisenbergs matrixformulering bestod af en ikke-kommutativ algebra til beregning af atomare egenskaber.
Med udgangspunkt i Wolfgang Paulis arbejde med ikke-relativistiske spinsystemer foreslog han „Dirac-ligningen‟ i 1928 som en relativistisk bevægelsesligning for elektronens bølgefunktion. Dette arbejde fik ham også til at forudsige eksistensen af positronen (elektronens antipartikel, der er identisk med den i alle aspekter undtagen dens ladning, og hvis eksistens blev observeret og bekræftet af Carl Anderson i 1932) og stof-antimaterie-annihilation samt til at hjælpe med at forklare oprindelsen af kvantespin som et relativistisk fænomen. Han var også ansvarlig for at udvikle „bra-ket‟-notationen (eller Dirac-notationen), standardnotationen til beskrivelse af kvantetilstande i kvantemekanisk teori, som består af parenteser (chevrons) og lodrette streger.
Dirac rejste meget, især i sine yngre år, og studerede ved forskellige udenlandske universiteter, herunder København, Göttingen, Leyden, Wisconsin, Michigan og Princeton, og besøgte Sovjetunionen flere gange. I 1929, efter at have tilbragt fem måneder i Amerika, fortsatte han sin verdensturné ved at besøge Japan (sammen med Heisenberg) og vendte derefter tilbage via Sibirien.
Hans bog fra 1930 med titlen „Principles of Quantum Mechanics‟ betragtes som en reference i videnskabshistorien og blev hurtigt en af standardlærebøgerne om emnet (den bruges stadig i dag). I dette værk integrerede Dirac Heisenbergs tidligere arbejde med matrixmekanik og Erwin Schrödingers arbejde med bølgemekanik i en enkelt matematisk formalisme. Det var i høj grad takket være denne bog, at han vandt sin del af Nobelprisen i fysik i 1933.
Han blev Lucasian-professor i matematik ved Cambridge i 1932, en stilling han havde i de næste 37 år. I begyndelsen af 1930’erne introducerede Dirac ideen om vakuumpolarisering og udviklede kvanteelektrodynamikken (han var den første til at bruge udtrykket). I 1933 viste han, at eksistensen af en enkelt magnetisk monopol i universet ville være tilstrækkelig til at forklare den observerede kvantificering af elektrisk ladning (selvom der til dato endnu ikke er fundet noget overbevisende bevis for eksistensen af fysiske magnetiske monopoler). I 1937 foreslog han en spekulativ kosmologisk model baseret på den såkaldte „store tal‟-hypotese, som, selvom den ikke blev accepteret af mainstream-fysikken, har haft stor indflydelse på fortalere for andre ikke-standardiserede kosmologier.
Dirac blev gift med Margit „Manci‟ Wigner (søster til den ungarsk-amerikanske fysiker og matematiker Eugène Wigner) i 1937. Han adopterede Margits to børn, Judith og Gabriel, og parret fik yderligere to børn sammen, Mary og Florence. Han var kendt som en meget præcis og ordentlig mand, men genert, beskeden og fåmælt, og det er blevet hævdet, at hans autisme var afgørende for hans succes som teoretisk fysiker. Hans vigtige bidrag til fysikken var i høj grad motiveret af principper om matematisk skønhed, og han sagde engang: „Gud brugte smuk matematik til at skabe verden‟. Han skal dog have sagt: „Jeg anerkender ingen religiøse myter, i hvert fald ikke fordi de modsiger hinanden‟, og han kritiserede kraftigt den politiske manipulation af religion.
Paul Dirac vandt Nobelprisen i fysik i 1933 sammen med sin kollega Erwin Schrödinger for opdagelsen af nye produktive former for atomteori. Han blev også tildelt Royal Medal (i 1939), Copley Medal og Max Planck Medal (begge i 1952), blandt andre udmærkelser, og blev valgt til Fellow of the Royal Society i 1930 og af American Physical Society i 1948 og blev medlem af den britiske Order of Merit i 1973.
Under Anden Verdenskrig arbejdede han med uranseparation og atomvåben, men hans arbejde bevægede sig længere og længere væk fra mainstream mod slutningen af hans liv. I 1960’erne udviklede han en teori om „begrænset kvantificering‟, hvor han identificerede generelle kvanteregler for vilkårlige klassiske systemer, og hans analyse af kvantefelterne i membranvibrationer i begyndelsen af 1960’erne har vist sig at være yderst nyttig for moderne udøvere af superstrengteori og dens nært beslægtede efterfølger, M-teori.
Efter at have undervist som Lucasian Professor of Mathematics i Cambridge fra 1932 til 1968 flyttede han til Florida for at være i nærheden af sin datter Mary og tilbragte sine sidste år med at undervise på University of Miami i Coral Gables og Florida State University i Tallahassee. Dirac døde den 20. oktober 1984 i Tallahassee, Florida, hvor han er begravet.