Elite-Home

Поль Адриен Морис Дирак

║ На главную ║ Назад    Великие ученые ║

   Дирак - английский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Лауреат Нобелевской премии по физике 1933 года, член Лондонского королевского общества (1930), а также ряда академий наук мира, в том числе иностранный член Академии наук СССР (1931), Национальной академии наук США (1949) и Папской академии наук (1961). Поль Адриен Морис Дирак родился 8 августа 1902 года в Бристоле в семье учителя. Его отец, Шарль Адриен Ладислас Дирак получил степень бакалавра словесности в Женевском университете и вскоре после этого перебрался в Англию. Мать Поля Дирака, Флоренс Ханна Холтен, дочь капитана торгового судна, работала в библиотеке. Отец требовал, чтобы в семье разговаривали исключительно на французском языке, следствием чего стали такие черты характера Поля как молчаливость и склонность к размышлениям в одиночестве.
   Сначала Дирак учился в коммерческом училище в Бристоле, а потом изучал электротехнику в Бристольском университете, который окончил в 1921 году со степенью бакалавра наук. Еще в университете он заинтересовался теорией относительности Альберта Эйнштейна и в течение двух лет сверх обычного курса изучал математику. Затем он поступил в аспирантуру по математике колледжа св. Иоанна в Кембридже и в 1926 году защитил докторскую диссертацию. В следующем году Дирак стал членом научного совета того же колледжа.
   В годы, когда Дирак проходил аспирантуру в Кембридже, Вернер Гейзенберг и Эрвин Шредингер разработали свои формулировки квантовой механики, применив квантовую теорию к описанию поведения атомных и субатомных систем и движения таких частиц, как электрон. Дирак начал изучать уравнения Гейзенберга и Шредингера, как только те были опубликованы в 1925 году, высказав при этом несколько полезных замечаний. Одним из недостатков квантовой механики было то, что она была разработана лишь применительно к частицам, обладающим малой скоростью (по сравнению со скоростью света), а это позволяло пренебречь эффектами, рассматриваемыми теорией относительности Эйнштейна. Эффекты теории относительности, такие, как увеличение массы частицы с возрастанием скорости, становятся существенными, только когда скорости начинают приближаться к скорости света. Шредингер первым попытался снять ограничение на скорость в квантовой механике, но не преуспел в этом.
   Одна из причин постигшей его неудачи состояла в том, что он не учел такое свойство электрона, как спин (вращение вокруг собственной оси наподобие волчка), которое в то время было лишь гипотезой при объяснении некоторых, не укладывающихся в рамки традиционного описания деталей линейчатых спектров. Дирак поставил перед собой задачу ввести относительность в волновое уравнение, записав его в релятивистской форме. Выведенное им и опубликованное в 1928 году уравнение называется теперь уравнением Дирака. Оно позволило достичь согласия с экспериментальными данными. В частности, спин, бывший ранее гипотезой, подтверждался уравнением Дирака. Это было триумфом его теории. Кроме того, уравнение Дирака позволило предсказать магнитные свойства электрона (магнитный момент).
   Но этим сюрпризы, которые таила в себе теория Дирака, не исчерпывались. Теория указывала на возможность существования отрицательных энергий, не поддающихся интерпретации с точки зрения науки того времени. Преодолев искушение отбросить отрицательные энергии как "математическую аберрацию", лишенную физического смысла, Дирак пришел к заключению, что состояния с отрицательной энергией реально существуют. Рассматривая действие электромагнитного поля на электрон в состоянии с отрицательной энергией, он обнаружил, что движение электрона в этом случае эквивалентно движению электрона с противоположным, т.е. положительным, электрическим зарядом. Дирак предположил, что положительно заряженной частицей может быть протон.
   Применяя принцип запрета Вольфганга Паули, согласно которому в каждом динамическом состоянии может находиться только один электрон, Дирак высказал предположение о том, что почти все состояния с отрицательной энергией уже заняты, поэтому однородный фон ненаблюдаем. Но вакантное (незанятое) энергетическое состояние, подобно дырке в однородной "безликой" среде, может наблюдаться. Дырка ведет себя как положительно заряженный электрон. Кроме того, поскольку она соответствует недостатку отрицательной энергии, ее энергия положительна, как и энергия всех известных частиц. Таким образом, Дирак предсказал существование античастицы, близнеца электрона.

║ На главную ║ Назад    Великие ученые ║