Narodziny |
8 sierpnia 1902 Bristol ( Anglia , Wielka Brytania ) |
---|---|
Śmierć |
20 października 1984 Tallahassee ( Floryda , Stany Zjednoczone ) |
Narodowość | brytyjski |
Obszary | Fizyk i matematyk |
Instytucje | Uniwersytet Cambridge |
Dyplom | Uniwersytet w Bristolu |
Znany z |
Mechanika kwantowa notacja bra-ket Statystyka Fermiego-Diraca Równanie Diraca Rozkład Diraca Grzebień Diraca Cząstka Diraca Notacja Diraca |
Nagrody |
Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki (1933) Medal Copley OBE |
Uzupełnienia
Gabriel Andrew Dirac (pasierb)
Paul Adrien Maurice Dirac (8 sierpnia 1902w Bristol , Anglia -20 października 1984w Tallahassee , Florida , USA ) to brytyjski matematyk i fizyk . Jest jednym z „ojców” mechaniki kwantowej i przewidział istnienie antymaterii . On jest współfinansowany ze zwycięzcą Erwin Schrödinger w tym 1933 Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki „za odkrycie nowych i użytecznych form teorii atomowej ” .
Jego ojciec, Charles Adrien Ladislas Dirac, pochodzi z Saint-Maurice w kantonie Wallis ( Szwajcaria ). Osiadł w Bristolu jako nauczyciel języka francuskiego i poślubił Florence Hannah Holten, z którą miał troje dzieci: Reginalda Charlesa Félixa (starszy brat), Béatrice Isabelle Marguerite (młodsza siostra) i Paula (młodszego).
W szkole podstawowej w swoim rodzinnym mieście Paul wykazuje wyjątkowe zdolności matematyczne . W wieku 12 lat wstąpił do gimnazjum, gdzie uczył jego ojciec. Potem rozpoczęła się I wojna światowa, która wpłynęła na karierę Paula, ponieważ od starej szkoły do służby wojskowej młodzi chłopcy mieli łatwiejszy dostęp do nauki i laboratoriów.
W technikum został wprowadzony do matematyki , fizyki i chemii w bardzo młodym wieku . Uczy się matematyki w książkach przed programami zajęć, do których uczęszcza. Ta zaliczka jest bardzo pomocna w ostatnim roku studiów. Następnie studiował matematykę na uniwersytecie w swoim rodzinnym mieście, aw 1923 wstąpił na Uniwersytet Cambridge, gdzie kierował nim Ralph Fowler . W 1925 poznał Nielsa Bohra , a następnie Wernera Heisenberga . W ciągu sześciu miesięcy od przybycia do Cambridge opublikował dwa artykuły z mechaniki statystycznej i kwantowej fizyki atomowej. Wmaj 1924, Dirac kończy swój pierwszy dokument dotyczący problemów kwantowych i uzupełnia cztery inne w Listopad 1925. Podczas pracy magisterskiej jego brat Félix popełnił samobójstwo.
W 1926 roku, zauważa, że zasada nieoznaczoności z Heisenberga jest konsekwencją nie- przemiennych operatorów mechaniki kwantowej , to pokazuje fizyczne równoważności mechaniki falowej i mechaniki macierzowej . Dokonuje analogii z nawiasami Poissona w mechanice Hamiltona .
Według biografa Grahama Farmelo Paul Dirac żyłby z zespołem Aspergera .
Formułuje również matematycznie spójną teorię kwantową , łącząc idee Schrödingera i Heisenberga . Proponuje i bada koncepcję monopolu magnetycznego , cząstki nigdy nie zaobserwowanej do dziś (2015), jako sposobu na wprowadzenie jeszcze większej symetrii do równań Maxwella . Dirac opublikował jedenaście artykułów w prasie przed obroną pracy doktorskiej. Po rozprawie wyjechał do pracy z Bohrem w Kopenhadze. Wstąpił do Getyngi w 1927 roku. We wrześniu został zaproszony na V kongres Solvay, gdzie poznał Alberta Einsteina .
W 1927 opublikował wyniki dotyczące statystycznego rozkładu fermionów prowadzące do statystyki Fermi-Diraca .
W 1928 wyprowadził z pracy Pauliego nad nierelatywistycznym układem spinowym relatywistyczne równanie opisujące elektron i zawierające sam spin. Dziś nazywa się to równaniem Diraca . To pozwala Diracowi przewidzieć w 1931 roku istnienie cząstki zwanej pozytonem , antycząstki elektronu. Dopiero w 1932 roku Anderson i Patrick Blackett zaobserwowali tę cząstkę.
W The Principles of Quantum Mechanics , opublikowanym w języku angielskim w 1930, używa algebry operatorów liniowych jako uogólnienia teorii Heisenberga i Schrödingera . Wprowadza w ten sposób notację hamulcową , dla której jest wektorem stanu w przestrzeni stanów układu i odpowiadającym mu wektorem przestrzeni dualnej .
W 1933 r. otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki z Erwinem Schrödingerem za „odkrycie nowych i użytecznych form teorii atomowej ”. W tym samym roku opublikował dokument na temat Lagrange'a w mechanice kwantowej, który zainspirował Richarda Feynmana . Rok później ożenił się z Margit Wigner (1904-2002), siostrą fizyka Eugene'a Wignera , z którą miał dwie córki; adoptuje dwoje dzieci Margit z poprzedniego małżeństwa, w tym Gabriela Andrew Diraca, który zostaje matematykiem.
Dirac był Lucasian profesorem matematyki na Uniwersytecie w Cambridge w latach 1932-1969 i jest profesorem studiów licencjackich na Uniwersytecie w Bristolu . Został odznaczony Medalem Królewskim w 1939 i Medalem Copley w 1952. W 1970 wstąpił na University of Florida i przeniósł się do Tallahassee, gdzie zmarł 14 lat później.
Na potrzeby formalizmu kwantowego Dirac wprowadził to, co dziś nazywa się „ rozkładem Diraca ” (lub „impulsem Diraca”, „masą Diraca” lub „funkcją delta Diraca”), oznaczanym . Impuls ten reprezentuje sygnał o teoretycznie zerowym czasie trwania, ale o nieskończonej amplitudzie i musi weryfikować stan . To pojęcie impulsu nie miało precyzyjnej podstawy matematycznej: w szczególności nie może być zwykłą funkcją , ponieważ funkcja zerowa prawie wszędzie ma identycznie zerową całkę, zgodnie z teorią całkowania Lebesgue'a . Matematyk Laurent Schwartz wynalazł odpowiednie narzędzia do rygorystycznego opisu tego rodzaju obiektu, teorię rozkładów . Powszechnie mówi się , że miarą jest Dirac, jeśli cała gęstość jest skoncentrowana w jednym punkcie. Dla Diraca pierwszeństwo ma tylko matematyczne piękno teorii. Dlatego też wyniki eksperymentalne nie miały na to dużego wpływu. Napisał podręcznik mechaniki kwantowej i książkę o ogólnej teorii względności.
Heisenberg przypomina rozmowę między młodymi uczestnikami Kongresu Solvaya w 1927 r. na temat poglądów Einsteina i Plancka na religię między Wolfgangiem Paulim , Heisenbergiem i Diracem. Wkład Diraca był krytyką politycznych celów religii, którą Bohr docenił za jej klarowność, kiedy Heisenberg później mu o tym doniósł. Między innymi Dirac powiedział:
„Nie rozumiem, dlaczego marnujemy czas na rozmawianie o religii. Gdybyśmy byli uczciwi - a naukowcy muszą być - to musielibyśmy przyznać, że religia jest mieszaniną niedokładnych twierdzeń, które nie mają podstaw w rzeczywistości. Sama idea Boga jest wytworem ludzkiej wyobraźni. Jest całkiem zrozumiałe, dlaczego prymitywni ludzie, którzy byli znacznie bardziej niż my dzisiaj narażeni na działanie przemożnych sił natury, musieli uosabiać te siły w strachu i drżeniu. Ale w dzisiejszych czasach, kiedy rozumiemy tak wiele naturalnych procesów, nie potrzebujemy tych rozwiązań. Absolutnie nie widzę, jak postulat Boga wszechmogącego nam w jakikolwiek sposób pomaga. Widzę, że ta hipoteza prowadzi do tak jałowych pytań, jak to, dlaczego Bóg dopuszcza tyle nędzy i niesprawiedliwości, wyzysku biednych przez bogatych i wszystkich innych okropności, którym mógł zapobiec. Jeśli religia jest nadal nauczana, to wcale nie dlatego, że jej idee wciąż nas przekonują, ale po prostu dlatego, że niektórzy z nas chcą milczeć w klasie ludowej. Cisi ludzie są znacznie łatwiejsi do rządzenia niż ludzie hałaśliwi i niezadowoleni. Są również łatwiejsze do wykorzystania. Religia jest rodzajem opium, które pozwala narodowi mieć same słodkie sny i zapomnieć o niesprawiedliwościach wyrządzanych ludziom. Stąd bliski sojusz tych dwóch wielkich sił politycznych, Państwa i Kościoła. Obaj potrzebują złudzenia, że życzliwy Bóg wynagrodzi w Niebie, jeśli nie na Ziemi, tych wszystkich, którzy nie przeciwstawili się niesprawiedliwości, którzy po cichu i bez narzekania wypełnili swój obowiązek. Właśnie dlatego uczciwe twierdzenie, że Bóg jest jedynie wytworem ludzkiej wyobraźni, określane jest jako najgorsze grzechy śmiertelne. "
Opinia Heisenberga była tolerancyjna. Pauli, wychowany jako katolik, milczy po swoich pierwszych uwagach, ale w końcu zapytany o opinię, mówi: „Cóż, nasz przyjaciel Dirac ma religię, a jego credo brzmi: nie ma Boga, a Dirac jest jego prorok ". Wszyscy wtedy wybuchają śmiechem, łącznie z Diracem. "
Później w jego życiu opinia Diraca na temat idei Boga była mniej gryząca. Dirac pisze w artykule w czasopiśmie Scientific American inmaj 1963 :
„Wydaje się, że jedną z podstawowych cech natury jest to, że podstawowe prawa fizyczne są opisane jako matematyczna teoria wielkiego piękna i mocy, wymagająca wystarczająco wysokiego poziomu matematyki, aby je zrozumieć. Możesz zadać sobie pytanie: dlaczego natura jest zbudowana w ten sposób? Możemy tylko odpowiedzieć, że nasza obecna wiedza wydaje się wskazywać, że natura jest zbudowana w ten sposób. Po prostu musimy to zaakceptować. Być może moglibyśmy opisać tę sytuację, mówiąc, że Bóg jest pierwszorzędnym matematykiem i że użył bardzo zaawansowanej matematyki do zbudowania wszechświata. Nasze słabe przedsięwzięcia matematyczne pozwalają nam trochę zrozumieć wszechświat, a gdy rozwijamy wyższą matematykę, możemy mieć nadzieję na lepsze zrozumienie wszechświata. "
W 1971 roku na kongresie Dirac wyraził swoją opinię na temat istnienia Boga. Dirac wyjaśnia, że istnienie Boga mogłoby być usprawiedliwione tylko wtedy, gdyby w przeszłości miało miejsce bardzo mało prawdopodobne wydarzenie:
„Początek życia może być niezwykle trudny. Być może jest to tak trudne, że zdarzyło się to tylko raz na wszystkich istniejących planetach. Załóżmy, jako przypuszczenie, że szanse na życie w odpowiednich warunkach fizycznych wynoszą 10 −100 . Nie mam żadnego logicznego powodu, by sugerować tę liczbę. Chcę tylko zobaczyć to jako możliwość. W tych warunkach... jest prawie pewne, że życie by się nie pojawiło... I czuję, że w tych warunkach konieczne byłoby założenie istnienia boga, aby wywołać życie. Chciałbym zatem powiązać istnienie boga z prawami fizycznymi: jeśli prawa fizyczne są takie, że początek życia wiąże się ze zbyt małą szansą, to nie byłoby rozsądne zakładać, że życie zaczęłoby się dopiero przez ślepe szczęście musi istnieć bóg i taki bóg prawdopodobnie pokazałby swój wpływ w skokach kwantowych, które mają miejsce później. Z drugiej strony, jeśli życie może się łatwo wyłonić i nie potrzebuje boskiego wpływu, to powiedziałbym, że nie ma boga.”
Dirac nie był przywiązany do żadnego konkretnego punktu widzenia, ale w sposób naukowy opisał możliwe odpowiedzi na pytanie o istnienie Boga.