Поль Дирак

«Дирак» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. Дирак (значения) .

Поль Дирак ОМ ФРС
Дирак в 1933 году
Рожденный	Поль Адриан Морис Дирак ( 1902-08-08 ) 8 августа 1902 г. Бристоль , Англия
Умер	20 октября 1984 г. 1984-10-20 ) ( 82 года) ( Таллахасси, Флорида , США
Национальность	Британский
Образование	Бристольский университет ( BS , BA ) Кембриджский университет ( доктор философии )
Известный	Один из основоположников квантовой механики и квантовой электродинамики. Посмотреть список
Супруг	Маргарет Вигнер ( м.  1937 )
Дети	2
Награды	Нобелевская премия по физике (1933 г.). Королевская медаль (1939 г.) Медаль Копли (1952) Медаль Макса Планка (1952) Член Королевского общества (1930).
Научная карьера
Поля	Теоретическая физика , математическая физика
Учреждения	Кембриджский университет Университет Майами Государственный университет Флориды
Тезис	Квантовая механика   (1926)
Докторантура	Ральф Фаулер
Докторанты	Хоми Дж. Бхабха Хариш-Чандра Деннис Шиама Фред Хойл Бехрам Куршуноглу Джон Полкингхорн Си Джей Элиезер

Портрет Поля Дирака работы Клары Эвальд (1939)

Поль Адриен Морис Дирак OM FRS ( / d ɪ ˈ r æ k / ; 8 августа 1902 — 20 октября 1984) — английский физик -математик и физик-теоретик , считающийся одним из основоположников квантовой механики и квантовой электродинамики . Ему приписывают заложение основ квантовой теории поля . Он был профессором математики Лукаса в Кембриджском университете , профессором физики в Университете штата Флорида и Университете Майами , а также лауреатом Нобелевской премии по физике 1933 года .

Дирак окончил Бристольский университет со первой степени с отличием в 1921 году и степенью бакалавра гуманитарных наук по математике первой степени с отличием в 1923 году. степенью бакалавра наук по электротехнике Затем Дирак окончил Кембриджский университет со степенью доктора физики в 1926 году, написав первую в истории диссертацию по квантовой механике.

Дирак внес фундаментальный вклад в раннее развитие как квантовой механики , так и квантовой электродинамики , введя последний термин. Среди других открытий он сформулировал в 1928 году уравнение Дирака , которое описывает поведение фермионов и предсказал существование антиматерии . и считается одним из важнейших уравнений физики, некоторые считают его «настоящим семенем современной физики». В 1931 году он написал знаменитую статью: которые в дальнейшем предсказали существование антиматерии. Дирак разделил Нобелевскую премию по физике 1933 года с Эрвином Шрёдингером «за открытие новых продуктивных форм атомной теории ». Он был самым молодым теоретиком, когда-либо получившим эту премию, до Т. Д. Ли в 1957 году. Он также внес значительный вклад в примирение общей теории относительности с квантовой механикой. Его монография 1930 года « Принципы квантовой механики » считается одним из самых влиятельных текстов по квантовой механике.

Вклад Дирака не ограничивался только квантовой механикой. Он участвовал в проекте Tube Alloys , британской программе по исследованию и созданию атомных бомб во время Второй мировой войны. Кроме того, Дирак внес фундаментальный вклад в процесс обогащения урана и газовую центрифугу . и чья работа была признана «вероятно, самым важным теоретическим результатом в технологии центрифуг». Он также внес свой вклад в космологию , выдвинув свою гипотезу больших чисел . Считается, что Дирак также предвосхитил теорию струн задолго до ее появления, благодаря своей работе над мембраной Дирака и действием Дирака-Борна-Инфельда . среди прочего,

Друзья и коллеги считали Дирака человеком необычным. В письме Паулю Эренфесту в 1926 году Альберт Эйнштейн писал о статье Дирака: «Я работаю над Дираком. Это балансирование на головокружительном пути между гениальностью и безумием ужасно». В другом письме, посвященном эффекту Комптона , он писал: «Я вообще не понимаю деталей Дирака». В 1987 году Абдус Салам заявил, что «Дирак, несомненно, был одним из величайших физиков этого или любого другого столетия... Ни один человек, кроме Эйнштейна, не оказал такого решающего влияния за столь короткое время на ход физики в этом столетии. " В 1995 году Стивен Хокинг заявил, что «Дирак сделал в этом столетии больше, чем кто-либо другой, за исключением Эйнштейна, для развития физики и изменения нашей картины Вселенной». Антонино Зичичи утверждал, что Дирак оказал большее влияние на современную физику, чем Эйнштейн. Достижения Дирака считаются равными достижениям сэра Исаака Ньютона , Джеймса Клерка Максвелла и Эйнштейна.

Личная жизнь

Ранние года

Поль Адриен Морис Дирак родился в доме своих родителей в Бристоле , Англия, 8 августа 1902 года. и вырос в районе Бишопстона города. Его отец, Шарль Адриен Ладислас Дирак, был иммигрантом из Сен-Мориса, Швейцария , французского происхождения. который работал в Бристоле учителем французского языка. Его мать, Флоренс Ханна Дирак, урожденная Холтен, родилась в корнуоллской методистской семье в Лискирде , Корнуолл . Ее назвал в честь Флоренс Найтингейл ее отец, капитан корабля, который встретил Найтингейла, когда тот был солдатом во время Крымской войны. Его мать в молодости переехала в Бристоль, где работала библиотекарем в Центральной библиотеке Бристоля ; несмотря на это, она по-прежнему считала себя корнуоллкой, а не англичанкой. У Поля была младшая сестра Беатрис Изабель Маргарита, известная как Бетти, и старший брат Реджинальд Чарльз Феликс, известный как Феликс. покончивший жизнь самоубийством в марте 1925 года. Позже Дирак вспоминал: «Мои родители были ужасно огорчены. Я не знал, что они так заботятся… Я никогда не знал, что родители должны заботиться о своих детях, но с тех пор я знал».

Чарльз и дети официально были гражданами Швейцарии, пока не получили гражданство 22 октября 1919 года. Отец Дирака был строгим и авторитарным, хотя и не одобрял телесные наказания. У Дирака были настолько натянутые отношения со своим отцом, что после смерти отца Дирак написал: «Теперь я чувствую себя намного свободнее, и я сам себе человек». Чарльз заставлял своих детей говорить с ним только по-французски, чтобы они могли выучить этот язык. Когда Дирак обнаружил, что не может выразить то, что хотел сказать, по-французски, он решил промолчать.

Образование

Дирак сначала получил образование в начальной школе Бишоп-Роуд. мальчиков а затем в Техническом колледже торговцев-предпринимателей для (позже школа Котэма ), где его отец был учителем французского языка. Школа была учреждением, прикрепленным к Бристольскому университету , которое имело общую территорию и персонал. Особое внимание уделялось техническим предметам, таким как кирпичная кладка, изготовление обуви и металлообработка, а также современным языкам. Это было необычно в то время, когда среднее образование в Великобритании все еще было посвящено в основном классике, и за это Дирак позже выразил свою благодарность.

Дирак изучал электротехнику по стипендии Бристольского университета на инженерном факультете Бристольского университета, который располагался совместно с Техническим колледжем торговых предприятий. Незадолго до получения степени в 1921 году он сдал вступительные экзамены в колледж Святого Иоанна в Кембридже . Он прошел и получил стипендию в размере 70 фунтов стерлингов, но это не соответствовало сумме денег, необходимой для жизни и обучения в Кембридже. Несмотря на то, что он получил высшее образование с отличием и степенью бакалавра наук в области электротехники, экономический климат послевоенной депрессии был таков, что он не смог найти работу инженером. получить степень бакалавра гуманитарных наук Вместо этого он принял предложение бесплатно по математике в Бристольском университете. Ему разрешили пропустить первый год курса из-за его инженерной степени. Под влиянием Питера Фрейзера, которого Дирак называл лучшим учителем математики, он больше всего интересовался проективной геометрией и начал применять ее к геометрической версии теории относительности, разработанной Минковским .

В 1923 году Дирак снова окончил учебу с отличием и получил стипендию в размере 140 фунтов стерлингов от Департамента научных и промышленных исследований . Вместе со стипендией в размере 70 фунтов стерлингов, полученной в колледже Святого Иоанна, этого было достаточно, чтобы жить в Кембридже. Там Дирак преследовал свои интересы в теории общей теории относительности , интерес, который он приобрел ранее, будучи студентом в Бристоле, и в зарождающейся области квантовой физики под руководством Ральфа Фаулера . С 1925 по 1928 год он получил исследовательскую стипендию 1851 года от Королевской комиссии по выставке 1851 года . В июне 1926 года он защитил докторскую диссертацию, написав первую диссертацию по квантовой механике, которую когда-либо представляли. Затем он продолжил свои исследования в Копенгагене и Геттингене . Весной 1929 года он был приглашенным профессором в Университете Висконсин-Мэдисон .

Семья

Поль и Манси Дирак в Копенгагене , июль 1963 года.

В 1937 году Дирак женился. Маргит Вигнер, сестра физика Юджина Вигнера и разведенный. Дирак воспитал двоих детей Маргит, Джудит и Габриэля , как своих собственных. У Поля и Маргит Дирак также было две дочери, Мэри Элизабет и Флоренс Моника.

Маргит, известная как Манси, навестила своего брата в 1934 году в Принстоне, штат Нью-Джерси , из их родной Венгрии и во время ужина в ресторане «Аннекс» встретила «одинокого на вид мужчину за соседним столиком». В этом отчете корейского физика Ю. С. Кима, который встречался с Дираком и находился под его влиянием, также говорится: «Для физического сообщества очень повезло, что Манси хорошо позаботился о нашем уважаемом Поле А. М. Дираке. Дирак опубликовал одиннадцать статей в период 1939 года. –46. Дирак смог поддерживать свою нормальную исследовательскую продуктивность только потому, что Манси отвечал за все остальное».

Личность

Дирак был известен среди коллег своим точным и молчаливым характером. Его коллеги в Кембридже в шутку определили единицу измерения под названием «дирак», то есть одно слово в час. Когда Нильс Бор пожаловался, что не знает, как закончить предложение в научной статье, которую он писал, Дирак ответил: «В школе меня учили никогда не начинать предложение, не зная его конца». Он раскритиковал интерес физика Дж. Роберта Оппенгеймера к поэзии: «Цель науки — сделать сложные вещи понятными более простым способом; цель поэзии — изложить простые вещи непостижимым образом. Эти две вещи несовместимы».

Сам Дирак во время учебы в аспирантуре писал в своем дневнике, что сосредоточился исключительно на своих исследованиях и останавливался только в воскресенье, когда совершал длительные прогулки в одиночестве.

Анекдот, рассказанный в обзоре биографии 2009 года, рассказывает о Вернере Гейзенберге и Дираке, плывущих на океанском лайнере на конференцию в Японию в августе 1929 года. человек, который постоянно флиртовал и танцевал, в то время как Дирак — «эдвардианский фанат», как выразился биограф Грэм Фармело , — страдал от агонии, если его принуждали к любому общению или светской беседе: «Почему ты танцуешь?» задумавшись над этой мыслью, а затем выпалил: «Но, Гейзенберг, откуда ты знаешь заранее, что девушки хороши? » Дирак спросил своего спутника: «Когда есть хорошие девушки, это удовольствие», — ответил Дирак ,

Маргит Дирак рассказала Джорджу Гамову и Антону Капри в 1960-х годах, что ее муж сказал гостю: «Позвольте мне представить сестру Вигнера, которая теперь моя жена».

Другая история, рассказанная о Дираке, заключается в том, что, когда он впервые встретил на конференции молодого Ричарда Фейнмана , он после долгого молчания сказал: «У меня есть уравнение. У вас оно тоже есть?»

После того, как он прочитал лекцию на конференции, один из коллег поднял руку и сказал: «Я не понимаю уравнение в правом верхнем углу доски». После долгого молчания модератор спросил Дирака, хочет ли он ответить на вопрос, на что Дирак ответил: «Это был не вопрос, это был комментарий».

Дирак также отличался личной скромностью. Уравнение эволюции во времени квантово-механического оператора, которое он записал первым, он назвал «уравнением движения Гейзенберга». Большинство физиков говорят о статистике Ферми-Дирака для частиц с полуцелым спином и статистике Бозе-Эйнштейна для частиц с целым спином. Читая лекции в более позднем возрасте, Дирак всегда настаивал на том, чтобы называть прежнюю «статистикой Ферми». Последнюю он назвал «статистикой Бозе» по причинам, как он объяснил, «симметрии».

Взгляды на религию

Гейзенберг вспомнил разговор молодых участников Сольвеевской конференции 1927 года о взглядах Эйнштейна и Планка на религию между Вольфгангом Паули , Гейзенбергом и Дираком. Вкладом Дирака была критика политической цели религии, которую Бор счел вполне ясной, когда позже услышал ее от Гейзенберга. Среди прочего Гейзенберг предполагал, что Дирак может сказать:

Я не знаю, почему мы обсуждаем религию. Если мы честны — а ученые должны быть честными, — мы должны признать, что религия — это смесь ложных утверждений, не имеющих под собой реальной основы. Сама идея Бога является продуктом человеческого воображения. Вполне понятно, почему первобытные люди, которые были гораздо более подвержены непреодолимым силам природы, чем мы сегодня, олицетворяли эти силы в страхе и трепете. Но сегодня, когда мы понимаем так много природных процессов, у нас нет необходимости в таких решениях. Я хоть убей не могу понять, как постулат о Всемогущем Боге каким-либо образом помогает нам. Что я действительно вижу, так это то, что это предположение приводит к столь непродуктивным вопросам о том, почему Бог допускает столько страданий и несправедливости, эксплуатацию бедных богатыми и все другие ужасы, которые Он мог бы предотвратить. Если религии все еще учат, то отнюдь не потому, что ее идеи все еще убеждают нас, а просто потому, что некоторые из нас хотят заставить низшие классы молчать. Тихими людьми гораздо легче управлять, чем крикливыми и недовольными. Их также гораздо легче эксплуатировать. Религия — это своего рода опиум, который позволяет нации усыпить себя мечтами о желаемом и забыть о несправедливости, совершаемой по отношению к людям. Отсюда тесный союз между этими двумя великими политическими силами, государством и церковью. Обоим нужна иллюзия, что добрый Бог вознаграждает — если не на земле, то на небе — всех тех, кто не восстал против несправедливости, кто тихо и безропотно выполнил свой долг. Именно поэтому честное утверждение, что Бог есть всего лишь продукт человеческого воображения, клеймится как худший из всех смертных грехов.

Взгляд Гейзенберга был терпимым. Паули, воспитанный как католик, после некоторых первоначальных замечаний хранил молчание, но когда, наконец, его спросили о его мнении, он сказал: «Ну, у нашего друга Дирака есть религия, и ее руководящий принцип таков: «Бога нет, и Поль Дирак — Его пророк » . Все, включая Дирака, рассмеялись.

Позже Дирак написал статью с упоминанием Бога, которая появилась в майском выпуске журнала Scientific American за 1963 год . Дирак писал:

Кажется, одной из фундаментальных особенностей природы является то, что фундаментальные физические законы описываются в терминах математической теории великой красоты и силы, требующей довольно высокого уровня математики, чтобы понять ее. Вы можете задаться вопросом: почему природа устроена таким образом? Можно только ответить, что наши нынешние знания, похоже, показывают, что природа устроена именно так. Мы просто должны это принять. Вероятно, можно было бы описать ситуацию, сказав, что Бог — математик очень высокого уровня, и Он использовал очень продвинутую математику при построении Вселенной. Наши слабые попытки в математике позволяют нам немного понять Вселенную, и по мере того, как мы продолжаем развивать все более и более высшую математику, мы можем надеяться лучше понять Вселенную.

В 1971 году на конференции Дирак высказал свои взгляды на существование Бога. Дирак объяснил, что существование Бога может быть оправдано только в том случае, если в прошлом произошло невероятное событие:

Возможно, начать жизнь чрезвычайно трудно . Может быть, так трудно начать жизнь, что это произошло только один раз среди всех планет... Давайте предположим, просто как гипотезу, что вероятность возникновения жизни, когда у нас есть подходящие физические условия, равна 10 ⁻¹⁰⁰ . У меня нет никаких логических оснований предлагать эту цифру, я просто хочу, чтобы вы рассмотрели ее как возможность. В таких условиях... почти наверняка жизнь бы не началась. И я чувствую, что в этих условиях необходимо будет предположить существование бога, чтобы начать жизнь. Поэтому мне хотелось бы установить связь между существованием бога и физическими законами: если физические законы таковы, что начало жизни связано с чрезвычайно малым шансом, так что было бы неразумно предполагать, что жизнь началось просто по слепой случайности, то должен быть бог, и такой бог, вероятно, проявит свое влияние в квантовых скачках, которые происходят позже. С другой стороны, если жизнь может начаться очень легко и не нуждается в каком-либо божественном влиянии, то я скажу, что бога нет.

Дирак не придерживался какой-либо определенной точки зрения, но описал возможности научного ответа на вопрос о Боге.

Карьера

1927 года Сольвеевская конференция в Брюсселе, собрание ведущих физиков мира. Дирак находится в центре среднего ряда, сидит позади Альберта Эйнштейна .

Дирак (третий в первом ряду слева), рядом с Иамоном де Валерой (четвертый в первом ряду слева), Эрвином Шредингером (второй в первом ряду справа) в Дублинском институте перспективных исследований в 1942 году.

Дирак создал наиболее общую теорию квантовой механики и открыл релятивистское уравнение электрона, которое теперь носит его имя. Замечательное представление об античастице каждой фермионной частицы – например, позитрон как античастица электрона – вытекает из его уравнения. Он был первым, кто разработал квантовую теорию поля, которая сегодня лежит в основе всех теоретических работ по субатомным или «элементарным» частицам, работа, которая имеет фундаментальное значение для нашего понимания сил природы. Он предложил и исследовал концепцию магнитного монополя , объекта, еще не известного эмпирически, как средство придания еще большей симметрии Джеймса Клерка Максвелла уравнениям электромагнетизма . Ему приписывают создание квантовой теории поля, а также создание квантовой электродинамики и введение этого термина. Дирак также ввел термины « фермион » и « бозон ».

На протяжении всей своей карьеры Дирак руководствовался принципами математической красоты . Питер Годдард заявил, что «Дирак назвал математическую красоту главным критерием выбора пути вперед в теоретической физике». Дирак был признан математически одаренным, поскольку во время его учебы в университете ученые подтвердили, что Дирак обладал «способностями высочайшего уровня в математической физике». Эбенезер Каннингем заявил, что Дирак был «самым оригинальным студентом, которого я встречал в области математической физики». Поэтому Дирак был известен своей «поразительной физической интуицией в сочетании со способностью изобретать новую математику для создания новой физики». За свою карьеру Дирак внес множество важных вкладов в математические предметы, включая дельта-функцию Дирака , алгебру Дирака и оператор Дирака .

Квантовая теория

Первый шаг Дирака в новую квантовую теорию был сделан в конце сентября 1925 года. Ральф Фаулер , его научный руководитель, получил контрольную копию исследовательской статьи Вернера Гейзенберга в рамках старой квантовой теории Бора и Зоммерфельда . Гейзенберг в значительной степени опирался на принцип соответствия Бора, но изменил уравнения так, чтобы они включали непосредственно наблюдаемые величины, что привело к матричной формулировке квантовой механики. Фаулер отправил статью Гейзенберга Дираку, который был в отпуске в Бристоле, попросив его внимательно изучить эту статью.

Внимание Дирака привлекло таинственное математическое соотношение, непонятное на первый взгляд, которое установил Гейзенберг. Несколько недель спустя, вернувшись в Кембридж, Дирак вдруг осознал, что эта математическая форма имеет ту же структуру, что и скобки Пуассона , встречающиеся в классической динамике движения частиц. В то время его воспоминания о скобках Пуассона были довольно смутными, но он нашел Э. Т. Уиттекера « книгу Аналитическая динамика частиц и твердых тел» проливающей свет. Опираясь на свое новое понимание, он разработал квантовую теорию, основанную на некоммутирующих динамических переменных. Это привело его к самой глубокой и значительной общей формулировке квантовой механики на сегодняшний день. Его новая формулировка с использованием скобок Дирака позволила ему получить квантования правила новым и более понятным способом . Для этой работы, опубликованная в 1926 году, Дирак получил докторскую степень в Кембридже. Это легло в основу статистики Ферми – Дирака , которая применима к системам, состоящим из множества одинаковых частиц со спином 1/2 (т. е. подчиняющихся принципу исключения Паули ), например электронам в твердых телах и жидкостях, и, что важно, к полю проводимости в полупроводниках. .

Дирака, как известно, не беспокоили вопросы интерпретации квантовой теории . Фактически, в статье, опубликованной в книге в его честь, он написал: «Интерпретацией квантовой механики занимались многие авторы, и я не хочу обсуждать это здесь. Я хочу заняться более фундаментальными вещами. " Однако в 1964 году он написал короткую статью об интерпретации квантовой теории поля, основанной на представлении Гейзенберга о квантовой теории; его основная мысль в статье заключалась в том, что модель Шрёдингера для этой цели не подходит.

Уравнение Дирака

Дополнительная информация: уравнение Дирака.

В 1928 году, основываясь на спиновых матрицах 2×2, которые он якобы открыл независимо от работ Вольфганга Паули по нерелятивистским спиновым системам (Дирак сказал Абрахаму Паису : «Я считаю, что я получил эти [матрицы] независимо от Паули и, возможно, Паули получил это независимо от меня."), предложил уравнение Дирака как релятивистское уравнение движения волновой функции электрона он . Эта работа привела Дирака к предсказанию существования позитрона , электрона античастицы , которую он интерпретировал в терминах того, что стало называться морем Дирака . Позитрон наблюдал Карл Андерсон в 1932 году. Уравнение Дирака также способствовало объяснению происхождения квантового спина как релятивистского явления.

Необходимость фермионов создания и уничтожения Энрико Ферми 1934 года (материи) в теории бета-распада привела к новой интерпретации уравнения Дирака как «классического» уравнения поля для любой точечной частицы со спином ħ /2, которая сама подчиняется условиям квантования. с участием антикоммутаторов . Таким образом, переосмысленное в 1934 году Вернером Гейзенбергом как (квантовое) уравнение поля, точно описывающее все элементарные частицы материи – сегодня кварки и лептоны – это уравнение поля Дирака является столь же центральным в теоретической физике, как и уравнения поля Максвелла , Янга-Миллса и Эйнштейна . Дирак считается основателем квантовой электродинамики и первым использовал этот термин. Он также представил идею поляризации вакуума в начале 1930-х годов. Эта работа стала ключом к развитию квантовой механики следующим поколением теоретиков, в частности Швингером , Фейнманом , Син-Итиро Томонагой и Дайсоном в их формулировке квантовой электродинамики.

Книга Дирака « Принципы квантовой механики» , опубликованная в 1930 году, является важной вехой в истории науки . Он быстро стал одним из стандартных учебников по этому предмету и используется до сих пор. В этой книге Дирак объединил предыдущие работы Вернера Гейзенберга по матричной механике и Эрвина Шрёдингера по волновой механике в единый математический формализм, который связывает измеримые величины с операторами, действующими в гильбертовом пространстве векторов, описывающих состояние физической системы . В книге также представлена ​​дельта-функция Дирака . Следуя его статье 1939 года, он также включил обозначение брекета в третье издание своей книги, тем самым способствуя его универсальному использованию в настоящее время.

Магнитные монополи

В 1931 году Дирак предположил, что существования единственного магнитного монополя во Вселенной будет достаточно, чтобы объяснить квантование электрического заряда. В 1975 году 1982 и 2009 г., интригующие результаты позволили предположить возможное обнаружение магнитных монополей, но на сегодняшний день нет прямых доказательств их существования (см. также Поиски магнитных монополей ).

Сила тяжести

Дирак квантовал гравитационное поле. Его работа заложила основы канонической квантовой гравитации . В своей лекции 1959 года на собраниях в Линдау Дирак обсуждал, почему гравитационные волны имеют «физическое значение». В 1964 году Дирак предсказал, что гравитационные волны будут иметь четко определенную плотность энергии. Дирак вновь ввел термин « гравитон » в ряде лекций в 1959 году, отметив, что энергия гравитационного поля должна поступать в квантах.

Струнная теория

Считается, что Дирак предвосхитил теорию струн благодаря своей работе над мембраной Дирака и действием Дирака-Борна-Инфельда . , среди прочего, Он также разработал общую теорию квантового поля с динамическими ограничениями. которая составляет основу калибровочных теорий и теорий суперструн . современных

Кембриджский университет

Дирак был профессором математики Лукаса в Кембриджском университете с 1932 по 1969 год. В 1934 году он разработал процесс разделения изотопов вихря Геликона . В 1937 году он предложил умозрительную космологическую модель, основанную на гипотезе больших чисел . Во время Второй мировой войны он провел важные теоретические работы по обогащению урана с помощью газовых центрифуг . В 1941 году он ввёл установку разделительной работы (ЕРР). Он участвовал в проекте Tube Alloys , британской программе по исследованию и созданию атомных бомб во время Второй мировой войны.

Дирака Квантовая электродинамика (КЭД) давала предсказания, которые чаще всего были бесконечными и, следовательно, неприемлемыми. Был разработан обходной путь, известный как перенормировка , но Дирак так и не принял его. «Я должен сказать, что я очень недоволен ситуацией, — сказал он в 1975 году, — потому что эта так называемая «хорошая теория» предполагает пренебрежение бесконечностями, которые появляются в ее уравнениях, пренебрежение ими произвольным образом. Разумная математика предполагает пренебрежение величиной, когда она мала, а не пренебрежение ею только потому, что она бесконечно велика, а вам это не нужно!» Его отказ принять перенормировку привел к тому, что его работа по этому вопросу все больше выходила из основного направления.

Однако на основе своих когда-то отвергнутых заметок ему удалось поставить квантовую электродинамику на «логические основы», основанные на гамильтоновом формализме сформулированном им . Снова в 1963 году он нашел довольно новый способ получения аномального магнитного момента , «члена Швингера», а также лэмбовского сдвига , используя картину Гейзенберга и без использования метода соединения, используемого Вайскопфом и Френчем, а также двумя пионерами современной КЭД. , Швингер и Фейнман . Это было за два года до того, как КЭД Томонаги-Швингера-Фейнмана получила официальное признание в виде присуждения Нобелевской премии по физике.

Вайскопф и Френч (Ф.В.) были первыми, кто получил правильный результат для лэмбовского сдвига и аномального магнитного момента электрона. Поначалу результаты ФВ не согласовывались с неверными, но независимыми результатами Фейнмана и Швингера. Лекции Дирака по квантовой теории поля, которые Дирак читал в 1963–1964 годах в Университете Ешива, были опубликованы в 1966 году как Высшая школа наук Белфера, серия монографий, номер 3.

Государственный университет Флориды и Университет Майами

Бюст Поля Дирака в Университете штата Флорида.

Переехав во Флориду, чтобы быть рядом со своей старшей дочерью Мэри, Дирак провел последние четырнадцать лет жизни и физических исследований в Университете Майами в Корал-Гейблс, Флорида , и Университете штата Флорида в Таллахасси, Флорида .

В 1950-х годах в поисках лучшей КЭД Поль Дирак разработал гамильтонову теорию ограничений. на основе лекций, которые он прочитал на Международном математическом конгрессе 1949 года в Канаде. Дирак также решил проблему включения уравнения Швингера – Томонаги в представление Шредингера. и даны явные выражения для скалярного мезонного поля ( пион с нулевым спином или псевдоскалярный мезон ), векторного мезонного поля (спин один ро-мезон) и электромагнитного поля (спин одного безмассового бозона, фотона).

Гамильтониан систем со связями — один из многих шедевров Дирака. Это мощное обобщение гамильтоновой теории, которое остается справедливым и для искривленного пространства-времени. Уравнения гамильтониана включают только шесть степеней свободы, описываемых формулой $g_{rs}$, $p^{rs}$для каждой точки поверхности, на которой рассматривается состояние. $g_{m0}$ ( m = 0, 1, 2, 3) появляются в теории только через переменные $g^{r0}$, $(-{g^{00}})^{-1/2}$которые встречаются как произвольные коэффициенты в уравнениях движения. Для каждой точки поверхности существует четыре ограничения или слабых уравнения. $x^{0}$= константа. Трое из них $H_{r}$образуют четырехвекторную плотность на поверхности. Четвертый $H_{L}$– трехмерная скалярная плотность на поверхности ≈ _HL 0; Ч _р ≈ 0 ( г = 1, 2, 3)

В конце 1950-х годов он применил разработанные им гамильтоновы методы, чтобы представить общую теорию относительности Эйнштейна в гамильтоновой форме. и довести до технического завершения проблему квантования гравитации, а также приблизить ее к остальной физике согласно Саламу и ДеВитту. В 1959 году он также выступил с приглашенным докладом на тему «Энергия гравитационного поля» на Нью-йоркском собрании Американского физического общества. В 1964 году он опубликовал свои «Лекции по квантовой механике» (Лондон: Academic), в которых рассматривается динамика нелинейных динамических систем с ограничениями, включая квантование искривленного пространства-времени. Он также опубликовал статью под названием «Квантование гравитационного поля» на Триестском симпозиуме ICTP/МАГАТЭ по современной физике 1967 года.

С сентября 1970 года по январь 1971 года Дирак был приглашенным профессором Университета штата Флорида в Таллахасси. В это время ему предложили там постоянную должность, которую он принял, став профессором в 1972 году. Современные отчеты о его пребывании там описывают как счастливое, за исключением того, что он, очевидно, находил летнюю жару угнетающей и любил сбегать от нее в Кембридж.

Каждый день он ходил на работу около мили и любил плавать в одном из двух близлежащих озер (Сильвер-Лейк и Лост-Лейк), а также был более общительным, чем в Кембриджском университете , где он в основном работал в дома, кроме проведения занятий и семинаров. В штате Флорида он обычно обедал со своими коллегами, прежде чем вздремнуть.

За последние двенадцать лет своей жизни Дирак опубликовал более 60 статей, включая небольшую книгу по общей теории относительности. Его последняя статья (1984), озаглавленная «Недостатки квантовой теории поля», содержит его окончательное суждение о квантовой теории поля: «Эти правила перенормировки дают удивительно, чрезвычайно хорошее согласие с экспериментами. Большинство физиков говорят, что эти рабочие правила, следовательно, Я считаю, что это не адекватная причина. Тот факт, что результаты согласуются с наблюдениями, не доказывает, что чья-то теория верна». Статья заканчивается словами: «Я провел много лет в поисках гамильтониана, который можно было бы использовать в теории, и до сих пор не нашел его. Я буду продолжать работать над ним, пока смогу, и другие люди, я надеюсь, последуют за ним». в таком духе».

Студенты

Среди его многочисленных учеников были Хоми Дж. Бхабха , Фред Хойл , Джон Полкингхорн и Фримен Дайсон . Полкингхорн вспоминает, что Дирака «однажды спросили, каково его фундаментальное убеждение. Он подошел к доске и написал, что законы природы следует выражать в красивых уравнениях».

Почести

Дирак разделил Нобелевскую премию по физике 1933 года с Эрвином Шредингером «за открытие новых продуктивных форм атомной теории». Дирак также был награжден Королевской медалью в 1939 году, а также медалью Копли и медалью Макса Планка он был избран членом Королевского общества . в 1952 году. В 1930 году член Американского философского общества в 1938 году, почетный член Американского физического общества США в 1948 году, член Национальной академии наук в 1949 году, член Американской академии искусств и наук в 1950 году, и почетный член Института физики в Лондоне в 1971 году. Он получил первую Мемориальную премию Дж. Роберта Оппенгеймера в 1969 году. Дирак стал членом Ордена « За заслуги» в 1973 году, ранее отказавшись от рыцарского звания , поскольку не хотел, чтобы к нему обращались по имени.

Смерть

Надгробие Дирака и его жены на кладбище Розлон, Таллахасси, Флорида . Рядом с ними похоронена их дочь Мэри Элизабет Дирак, умершая 20 января 2007 года.

Памятный знак в Вестминстерском аббатстве

В 1984 году Дирак умер в Таллахасси, Флорида , и был похоронен на кладбище Роузлон в Таллахасси. Дом, в котором прошло детство Дирака в Бишопстоне, Бристоль, отмечен синей мемориальной доской . а близлежащая Дирак-роуд названа в знак признания его связей с городом Бристоль . Памятный камень был установлен в саду в Сен-Морисе, Швейцария , городе, где родилась семья его отца, 1 августа 1991 года. 13 ноября 1995 года установлен памятный знак, сделанный из зеленого сланца Берлингтона и на котором было написано уравнение Дирака был . открыт в Вестминстерском аббатстве . Декан Вестминстера Эдвард Карпентер первоначально отказал в разрешении на строительство мемориала, считая Дирака антихристианским, но в конце концов (в течение пяти лет) его убедили смягчиться.

Наследие

Влияние и важность работ Дирака возрастали с течением десятилетий, и физики ежедневно используют концепции и уравнения, которые он разработал.

В 1975 году Дирак прочитал серию из пяти лекций в Университете Нового Южного Уэльса , которые впоследствии были опубликованы в виде книги « Направления физики» (1978). Он пожертвовал гонорары за эту книгу университету для создания серии лекций Дирака. Серебряная медаль Дирака за развитие теоретической физики вручается Университетом Нового Южного Уэльса в ознаменование лекции.

Сразу после его смерти две организации профессиональных физиков учредили ежегодные премии в память Дирака. Институт физики , профессиональная организация физиков Соединенного Королевства, награждает медалью Поля Дирака за «выдающийся вклад в теоретическую (включая математическую и вычислительную) физику». Первыми тремя лауреатами стали Стивен Хокинг (1987 г.), Джон Стюарт Белл (1988 г.) и Роджер Пенроуз (1989 г.). С 1985 года Международный центр теоретической физики вручает Медаль Дирака МЦТФ каждый год в день рождения Дирака (8 августа).

Премия Дирака-Хеллмана Университета штата Флорида была учреждена Брюсом П. Хеллманом в 1997 году для награждения выдающихся работ исследователей из бывшего СССР в области теоретической физики. Научная библиотека Поля А.М. Дирака в Университете штата Флорида, которую Манси открыл в декабре 1989 года. назван в его честь, и там хранятся его документы. Снаружи находится его статуя работы Габриэллы Боллобас. Улица, на которой расположена Национальная лаборатория сильных магнитных полей в Инновационном парке Таллахасси, Флорида, называется Пол Дирак Драйв. есть дорога, названная в его честь, Дирак-Плейс . Как и в его родном городе Бристоле, в Дидкоте , Оксфордшир, В его честь также назван Научный центр Дирака-Хиггса в Бристоле.

В его честь BBC видеокодек назвала Dirac . В честь Дирака был назван астероид , открытый в 1983 году. Распределенные исследования с использованием передовых вычислений ( DiRAC ) и программного обеспечения Dirac названы в его честь.

Публикации

• Принципы квантовой механики (1930). В этой книге обобщаются идеи квантовой механики с использованием современного формализма, который в значительной степени был разработан самим Дираком. Ближе к концу книги он также обсуждает релятивистскую теорию электрона ( уравнение Дирака ), которую он также разработал. Эта работа не ссылается на какие-либо другие работы по квантовой механике, доступные на тот момент.
• Лекции по квантовой механике (1966): Большая часть этой книги посвящена квантовой механике в искривленном пространстве-времени .
• Лекции по квантовой теории поля (1966): В этой книге излагаются основы квантовой теории поля с использованием гамильтонова формализма.
• Спиноры в гильбертовом пространстве (1974): Эта книга, основанная на лекциях, прочитанных в 1969 году в Университете Майами, посвящена основным аспектам спиноров , начиная с реального формализма гильбертового пространства . Дирак завершает пророческими словами: «У нас есть бозонные переменные, которые автоматически появляются в теории, которая начинается только с фермионных переменных, при условии, что число фермионных переменных бесконечно. Должны существовать такие бозонные переменные, связанные с электронами ...»
• Общая теория относительности (1975): эта 69-страничная работа суммирует общую теорию относительности Эйнштейна.

Рекомендации

Общие источники

• Капри, Антон З. (2007). Шутки, цитаты и кванты: анекдотическая история физики . Хакенсак, Нью-Джерси: World Scientific. ISBN  978-981-270-919-6 . OCLC   214286147 .
• Криз, Роберт П .; Манн, Чарльз К. (1986). Второе творение: творцы революции в физике двадцатого века . Нью-Йорк: Издательство Macmillan. ISBN  978-0-02-521440-8 . ОСЛК   13008048 .
• Фармело, Грэм (2009). Самый странный человек: Скрытая жизнь Поля Дирака, квантового гения . Лондон: Фабер и Фабер. ISBN  978-0-571-22278-0 . [Опубликовано в США под названием « Самый странный человек: скрытая жизнь Поля Дирака, мистика атома» . ISBN   978-0-465-01827-7 .]
• Гамов, Георгий (1966). Тридцать лет, которые потрясли физику: история квантовой теории . Гарден-Сити, Нью-Йорк: Даблдей. ISBN  978-0-486-24895-0 . OCLC   11970045 .
• Гейзенберг, Вернер (1971). Физика и не только: встречи и беседы . Нью-Йорк: Харпер и Роу. ISBN  978-0-06-131622-7 . ОСЛК   115992 .
• Краг, Хельге (1990). Дирак: Научная биография . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-38089-8 . OCLC   20013981 .
• Мехра, Джагдиш (1972). «Золотой век теоретической физики: научные работы П.А.М. Дирака 1924–1933 гг.». В Вигнере, Юджин Пол ; Салам, Абдус (ред.). Аспекты квантовой теории . Кембридж: Университетское издательство. стр. 17–59. ISBN  978-0-521-08600-4 . OCLC   532357 .
• Швебер, Сильван С. (1994). QED и люди, которые это сделали: Дайсон, Фейнман, Швингер и Томонага . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. ISBN  978-0-691-03685-4 . OCLC   28966591 .
• Зи, Энтони (2010). Квантовая теория поля в двух словах . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. ISBN  978-1-4008-3532-4 . OCLC   318585662 .

дальнейшее чтение

• Браун, Хелен (24 января 2009 г.). «Самый странный человек: Скрытая жизнь Поля Дирака» Грэма Фармело - обзор [версия для печати: Человек, стоящий за математикой]» . «Дейли телеграф» (обзор) . п. 20. Архивировано из оригинала 2 февраля 2009 года . Проверено 11 апреля 2011 г. .
• Гилдер, Луиза (13 сентября 2009 г.). «Квантовый скачок – рецензия на книгу Грэма Фармело «Самый странный человек: скрытая жизнь Поля Дирака» » . Нью-Йорк Таймс . Проверено 11 апреля 2011 г. Обзор.
• Мукунда, Н. (1987) «Жизнь и работа П.А.М. Дирака», страницы с 260 по 282 в журнале « Последние достижения в теоретической физике» , World Scientific MR. 935624

Внешние ссылки

• Стенограмма устного интервью с П.А.М. Дираком 1 апреля 1962 года, Американский институт физики, Библиотека и архив Нильса Бора - Сессия I
• Стенограмма устного интервью с П.А.М. Дираком 6 мая 1963 года, Американский институт физики, Библиотека и архив Нильса Бора - Сессия II
• Стенограмма устного интервью с П.А.М. Дираком 7 марта 1963 г., Американский институт физики, Библиотека и архив Нильса Бора - Сессия III
• Стенограмма устного интервью с П.А.М. Дираком 10 мая 1963 года, Американский институт физики, Библиотека и архив Нильса Бора - Сессия IV
• Стенограмма устного интервью с П.А.М. Дираком 14 мая 1963 года, Американский институт физики, Библиотека и архив Нильса Бора - V
• Бесплатный онлайн-доступ к классическим статьям Дирака 1920-х годов из журнала Royal Society's Proceedings A.
• Аннотированная библиография Поля Дирака из цифровой библиотеки по ядерным вопросам Алсос.
• Коллекция Поля Дирака в Университете штата Флорида
• Документы профессора Поля Дирака в Архивном центре Черчилля