V tomto příspěvku na blogu se dozvíte o vzrušujícím životě geniálního vědce.
Jaký byl příběh Paula Diraca?
Paul Dirac byl britský teoretický fyzik, který zásadním způsobem přispěl k rozvoji kvantové mechaniky, kvantové teorie pole a kvantové elektrodynamiky. Nejvíce se proslavil svými pokusy o sjednocení teorií kvantové mechaniky a teorie relativity. Jeho Diracova rovnice, formulovaná v roce 1928 a popisující chování fermionů, jako je elektron, předpověděla existenci antihmoty, jako je pozitron. V roce 1933 se spolu s Erwinem Schrödingerem podělil o Nobelovu cenu za fyziku „za objev nových a produktivních forem atomové teorie“ a někteří ho považují za jednoho z největších fyziků všech dob.
Paul Adrien Maurice Dirac se narodil 8. srpna 1902 v anglickém Bristolu. Byl vychováván v neobvykle přísné a autoritářské domácnosti svým otcem, švýcarským přistěhovalcem, a vzděláván na Merchant Venturers‘ Technical College (kde byl jeho otec učitelem francouzštiny), instituci připojené k Bristolské univerzitě, která kladla důraz na přírodovědné předměty a moderní jazyky.
Dirac pokračoval ve studiu na Bristolské univerzitě, kde v roce 1921 získal titul inženýra elektrotechniky a v roce 1923 bakaláře aplikované matematiky. Získal stipendium na výzkum na St John’s College v Cambridgi, kde zůstal po většinu své kariéry a věnoval se obecné teorii relativity a nově vznikajícímu oboru kvantové teorie, zpočátku pod vedením Ralpha Fowlera.
Kvantovou mechanikou se začal zabývat téměř ihned poté, co ji v roce 1925 představil Werner Heisenberg, a v roce 1926 získal doktorát za kanonickou kvantifikaci klasické mechaniky založenou na Heisenbergově nedávno navržené maticové formulaci kvantové mechaniky. Jeho matematický ekvivalent nezávislý na Heisenbergově maticové formulaci spočíval v nekomutativní algebře pro výpočet vlastností atomů.
V návaznosti na práci Wolfganga Pauliho o nerelativistických spinových systémech navrhl v roce 1928 „Diracovu rovnici“ jako relativistickou pohybovou rovnici pro elektronovou vlnovou funkci. Tato práce ho také vedla k předpovědi existence pozitronu (antičástice elektronu, která je s ním identická ve všech ohledech kromě náboje a jejíž existenci pozoroval a potvrdil Carl Anderson v roce 1932) a anihilace hmoty a antihmoty a také pomohla vysvětlit vznik kvantového spinu jako relativistického jevu. Zasloužil se také o vytvoření „bra-ketového“ zápisu (neboli Diracovy notace), standardního zápisu pro popis kvantových stavů v kvantově mechanické teorii, který se skládá ze závorek (chevronů) a svislých čar.
Dirac hodně cestoval, zejména v mladších letech, a studoval na různých zahraničních univerzitách, včetně Kodaně, Göttingenu, Leydenu, Wisconsinu, Michiganu a Princetonu, a několikrát navštívil Sovětský svaz. V roce 1929, po pěti měsících strávených v Americe, pokračoval ve své cestě po světě návštěvou Japonska (s Heisenbergem) a poté se přes Sibiř vrátil zpět.
Jeho kniha z roku 1930 s názvem „Principy kvantové mechaniky“ je považována za referenční dílo v dějinách vědy a rychle se stala jednou ze standardních učebnic tohoto oboru (používá se dodnes). V tomto díle Dirac integroval dřívější Heisenbergovy práce o maticové mechanice a práce Erwina Schrödingera o vlnové mechanice do jediného matematického formalismu. Především díky této knize získal v roce 1933 svůj podíl na Nobelově ceně za fyziku.
V roce 1932 se stal Lucasovým profesorem matematiky v Cambridgi, kde působil následujících 37 let. Na počátku 30. let Dirac zavedl myšlenku polarizace vakua a rozvinul obor kvantové elektrodynamiky (jako první použil tento termín). V roce 1933 ukázal, že existence jediného magnetického monopólu ve vesmíru by stačila k vysvětlení pozorované kvantovanosti elektrického náboje (ačkoli dodnes nebyl nalezen žádný přesvědčivý důkaz existence fyzikálních magnetických monopólů). V roce 1937 navrhl spekulativní kosmologický model založený na tzv. hypotéze velkých čísel, která sice nebyla přijata hlavním proudem fyziky, ale měla velký vliv na zastánce dalších nestandardních kosmologií.
Dirac se v roce 1937 oženil s Margit „Manci“ Wignerovou (sestrou maďarsko-amerického fyzika a matematika Eugena Wignera). Adoptoval Margitiny dvě děti, Judith a Gabriela, a manželé spolu měli další dvě děti, Mary a Florence. Byl znám jako velmi precizní a spořádaný člověk, ale plachý, skromný a málomluvný, a tvrdí se, že jeho autismus byl pro jeho úspěch jako teoretického fyzika rozhodující. Jeho významné příspěvky k fyzice byly do značné míry motivovány principy matematické krásy a jednou řekl: „Bůh použil krásnou matematiku, aby stvořil svět“. Údajně však prohlásil: „Neuznávám žádné náboženské mýty, přinejmenším proto, že si navzájem odporují.“ A ostře kritizoval politickou manipulaci náboženstvím.
Paul Dirac získal v roce 1933 Nobelovu cenu za fyziku společně se svým kolegou Erwinem Schrödingerem za objev nových produktivních forem atomové teorie. Kromě jiných vyznamenání získal také Královskou medaili (v roce 1939), Copleyho medaili a medaili Maxe Plancka (obě v roce 1952), v roce 1930 byl zvolen členem Královské společnosti, v roce 1948 členem Americké fyzikální společnosti a v roce 1973 byl jmenován členem britského Řádu za zásluhy.
Za druhé světové války pracoval na separaci uranu a jaderných zbraních, ale jeho práce se ke konci života stále více vzdalovala hlavnímu proudu. V 60. letech 20. století vyvinul teorii „omezené kvantizace“, která identifikuje obecná kvantová pravidla pro libovolné klasické systémy, a jeho analýza kvantových polí membránových vibrací z počátku 60. let se ukázala jako nesmírně užitečná pro moderní praktiky teorie superstrun a její úzce související nástupkyně, M-teorie.
Poté, co v letech 1932-1968 vyučoval jako Lucasův profesor matematiky v Cambridgi, se přestěhoval na Floridu, aby byl nablízku své dceři Mary, a poslední roky strávil výukou na University of Miami v Coral Gables a Florida State University v Tallahassee. Dirac zemřel 20. října 1984 v Tallahassee na Floridě, kde je také pohřben.