Paul Dirac

Paul Dirac 1933

Paul Adrien Maurice Dirac (född  8 augusti 1902 i Bristol , †  20 oktober 1984 i Tallahassee ) var en brittisk fysiker .

Dirac var en av grundarna av kvantmekanik . År 1933 tilldelades han Nobelpriset i fysik . En av hans viktigaste upptäckter beskrivs i Dirac-ekvationen från 1928, där Einsteins speciella relativitetsteori och kvantmekanik kunde samlas för första gången. Han lade också grunden för senare upptäckt av antimateria .

Liv

Dirac föddes i Bristol , Gloucestershire , England . Hans far Charles Dirac var schweizisk med rötter i det fransktalande Saint-Maurice i Valais ; han undervisade franska på Diracs skola i Bristol. Hans mor, Florence Holten, var dotter till en cornisk sjöman . Hans barndom var olycklig till följd av sin fars stränga och auktoritära beteende - hans bror Felix begick självmord i mars 1925.

Dirac studerade först elektroteknik i Bristol 1921 , bytte sedan till matematik och fick stipendium till Cambridge University 1923 , där han studerade hos Ralph Howard Fowler . År 1926 avslutade han sina studier med en avhandling om kvantmekanik .

Paul Dirac med sin fru Margit
i Köpenhamn i juli 1963

Från 1932 till 1969 var Dirac professor i matematikstolen Lucasische vid University of Cambridge . 1934 var han gästprofessor vid det nybildade Institute for Advanced Study (i Princeton, New Jersey, men åtskilt från universitetet). År 1937 gifte han sig med Margit (1904–2002), syster till fysikern Eugene Wigner . Matematikern Gabriel Andrew Dirac från hans frus första äktenskap var hans styvson. Under andra världskriget arbetade Dirac med gascentrifuger för uranberikning. Från 1970 arbetade han vid Florida State University i Tallahassee , Florida.

Dirac var reserverad i naturen. Han hade inget emot att vara tyst i sällskap och bara ge mycket glesa svar på frågor, engagerade i en strikt kärlek till sanningen, som många anekdoter var utbredda om.

Dirac var en stark ateist . När Wolfgang Pauli frågade om hans åsikt om Diracs åsikter, anmärkte han med hänvisning till den islamiska trosbekännelsen:

"Om jag förstår Dirac korrekt menar han följande: Det finns ingen Gud och Dirac är hans profet."

Tjänster

I sin avhandling 1925 fann Paul Dirac den klassiska motsvarigheten till de nya kvantmekaniska kommutatorerna från Heisenberg , Born och Jordanien i form av Poisson-fästena för klassisk mekanik. 1926 utvecklade han en abstrakt version av kvantmekanik ("transformation theory"), som innehöll Heisenbergs matrismekanik och Schrödingers vågmekanik som specialfall. Således kunde han visa likvärdigheten av båda teorierna oberoende av Schrödinger. Klassisk mekanik resulterar i hans teori som ett speciellt fall av kvantmekanik. Dirac introducerade också interaktionsbilden , som används för att beräkna utvecklingen över tiden mellan Schrödinger- och Heisenberg-bilderna.

Paul Dirac på tavlan

1928, baserat på Wolfgang Paulis arbete på principen om uteslutning, satte han upp den Dirac-ekvation som namnges efter honom, som är en relativistisk första ordens vågekvation för beskrivningen av elektronen baserat på den speciella relativitetsteorin . Dirac fann det genom att utgå från Charles Galton Darwins relativistiska vågekvation av andra ordningen (en vidareutveckling av Klein-Gordon-ekvationen ) och "leka med ekvationer", det vill säga han letade efter en metod för en motsvarande ekvation 1. Ordning som endast kunde erhållas med introduktionen av spinorer och Dirac-matriser och vars "kvadrat" återigen resulterar i den relativistiska vågekvationen. Hon levererade z. B. en teoretisk förklaring till den avvikande Zeeman-effekten och den fina strukturen i atomspektroskopi och förklarade rotationen , som tidigare var känd inom kvantmekaniken som ett grundläggande men inte förstådd fenomen, som en naturlig följd av dess relativistiska vågekvation.

Hans ekvation tillät också Dirac att formulera hålteorin och förutsäga existensen av positronen , elektronens antipartikel (men han skakade ursprungligen bort från den offentliga postuleringen av en ny partikel och identifierade elektronens negativa antipartikel med protonen). Positronen upptäcktes sedan 1932 av Carl David Anderson som en ny partikel i kosmiska strålar . I Dirac-bilden av kvantfältsteorin består vakuumet, i analogi med fast tillståndsfysik, av en Dirac-sjö fylld till Fermis gräns för elektroner. Parskapande i ett vakuum är exciteringen av en elektron från detta Dirac-hav bortom Fermi-gränsen - "hålet" kvar i Dirachavet är positronen.

Hans 1930-publicerade bok The Principles of Quantum Mechanics (German Principles of Quantum Mechanics , 1930) var banbrytande i användningen av linjära operatörer som en generalisering ("transformationsteori") av teisen om Heisenberg och Schrödinger. Med den användes delta-funktionell (en speciell fördelning , även kallad Dirac-funktion eller delta-funktion) och Bra-Ket-notationen , i vilken en tillståndsvektor i Hilbert-utrymmet i ett system anges (t.ex. initialt tillstånd) och vektorn det är dubbelt för det (t.ex. B. Slutligt tillstånd i beskrivningen av en fysisk process). Ovan nämnda lärobok har varit ett standardverk fram till i dag och var så perfekt i Diracs ögon att han helt enkelt läste ur den i sina föreläsningar.

Dirac skapade termen boson i erkännande av Satyendra Nath Boses bidrag till kvantstatistik . Han upptäckte statistiken över fermioner ( Fermi-Dirac-statistik ) oberoende av Enrico Fermi , men erkände Fermis prioritet.

1931 var han den första som postulerade förekomsten av en magnetisk monopol , dvs. en partikel med en magnetisk laddning, liknande den elektriska laddningen z. B. elektronen. Förekomsten av en sådan partikel, som ännu inte har observerats, skulle förklara kvantiseringen av den elektriska laddningen. I slutändan är detta baserat på topologiska idéer som visas här för första gången i kvantmekanik.

I sin ” Stora talhypotes ” försöker Dirac - mer troligt än liknande försök från Eddington - att ge en koppling mellan storleken på de grundläggande konstanterna och den nuvarande expansionen av universum. Detta ger upphov till spekulationer om den temporala variationen hos de naturliga konstanterna, som har undersökts experimentellt fram till i dag. Diracs stora konkurrent inom kvantmekaniska formalismer, Pascual Jordan , tog upp dessa idéer i sin egen teori om gravitation med en variabel gravitationskonstant.

I sin undersökning av den klassiska teorin om utstrålning av elektroner från 1938 framkom inte bara ”löpande lösningar” utan också idéer för renormalisering för första gången. Framträdandet av divergerande uttryck i den vanliga renormaliseringsteorin för kvantelektrodynamik, som sedan försvinner i definitionen av "bar" laddning och massa, avvisade han hela sitt liv.

Paul Dirac, Wolfgang Pauli och Rudolf Peierls , 1953 i Birmingham

Dirac är också uppfinnaren av många andra formalismer inom teoretisk fysik. Till exempel kom han med den ursprungliga idén om vägintegraler , som, som ett alternativt tillvägagångssätt för kvantmekanik, bara "togs på allvar" och utökades av Richard Feynman . I ett arbete från 1949 uppfann han "kvantiseringen av ljuskotte" (ljusfrontformalism) av kvantfältsteorin, som används allmänt inom högenergifysik. På 1950-talet försökte Dirac sedan tolka den Dirac- sjön som postulerades av honom som en universell eter .

Han undersökte också allmänt Hamiltoniska system med "begränsningar", särskilt för att hitta ett tillvägagångssätt för kvantisering av gravitation. Detta arbete införlivades senare i BRST- formuleringen. Hans undersökning av utvidgade system inom kvantfältsteorin 1962 är en föregångare för senare års p-branes och bag-modeller.

Högsta betyg

Gravplats för Paul Dirac och hans fru Margit på Roselawn Cemetery , Tallahassee , Florida
Grön skiffer minnesplatta i Westminster Abbey

År 1933 Dirac och fick Erwin Schrödinger i Nobelpriset i fysik ”för upptäckten av en ny, användbar form av atomteorin ”. 1930 valdes han till medlem (" Fellow ") i Royal Society , som tilldelade honom kunglig medalj 1939 och Copley- medalj 1952 . Han valdes till USSR Academy of Sciences 1931, American Philosophical Society 1938 , Royal Society of Edinburgh 1946 , National Academy of Sciences 1949 och American Academy of Arts and Sciences 1950 . 1952 tilldelades han Max Planck-medaljen . 1958 antogs han till Accademia Nazionale dei Lincei i Rom; samma år valdes han också till medlem i Leopoldina . 1963 blev han medlem ( associé étranger ) av Académie des sciences . Den brittiska kronan tilldelade honom också Order of Merit .

Till hans ära tilldelas Dirac-medaljen (ICTP) till forskare för enastående prestationer, liksom Dirac-medaljen (UNSW) och Dirac-medaljen (IOP) . En asteroid är också uppkallad efter Paul Dirac .

Han är begravd i Tallahassee, men sedan november 1995 har en sten i Westminster Abbey nära Newtons grav, på vilken Dirac-ekvationen är huggen, firat honom. Dekanen från Westminster Abbey Michael Mayne hade länge motstått detta för att Dirac var en lovad ateist.

Se även

Arbetar

  • Principerna för kvantmekanik , Oxford: Oxford University Press, 1958, ISBN 0-19-852011-5 (första 1930, från 3: e upplagan 1947 bra-ket notation, 4: e upplagan 1957)
  • Föreläsningar om kvantmekanik 1966
  • Allmän relativitetsteori , Princeton: Landmarks in Physics, 1996, ISBN 0-691-01146-X (första 1975)
  • Vägbeskrivning i fysik , 1978 (Föreläsningar Australien 1975)
  • Dalitz (red.) Samlade verk av PAMDirac (1924–1938) , Cambridge 1996

Några uppsatser:

  • Proceedings Royal Society , Volym 109, 1925, s. 642 (anslutning mellan ett klassiskt Poisson-fäste och en kvantmekanisk kommutator)
  • Fysisk tolkning av kvantdynamik , Proceedings of the Royal Society , Volym 113, 1927, s. 621 (transformationsteori, dess allmänna formulering av kvantmekanik)
  • Om teorin för kvantmekanik , Proceedings of the Royal Society Volym 112, 1926, 661 (Fermi-Dirac och Bose-statistik)
  • Kvantteori om utsläpp och absorption av strålning (andra kvantisering, grundläggande kvantfältsteori)
  • Elektronens kvantteori (PDF) Proceedings or the Royal Society Volym 117, 1928, s. 610-624, Volym 118, s. 351 (Dirac-ekvation, snurr)
  • En teori om elektroner och positroner , Proceedings of the Royal Society, Volym 126, 1930, 360 (hålteori)
  • Kvantiserade singulariteter för det elektromagnetiska fältet ( Memento av den 19 februari 2008 i Internetarkivet ), Proc. Roy. Soc. Volym 133, 1931, s 60 (magnetisk monopol, förutsägelse positron)
  • Proceedings Cambridge Philosophical Society, Volym 35, 1939, s. 416 (för första gången notering av bra-ket)
  • Proceedings Cambridge Philosophical Society, Volym 25, 1929, s. 62 (densitetsmatris, mindre abstrakt än John von Neumanns )

litteratur

  • Richard Dalitz , Rudolf Peierls : Paul Adrien Maurice Dirac, 8 augusti 1902–20 oktober 1984 . I: Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society of London 32. 1986, s. 137-185
  • Helge Kragh : Dirac . Cambridge University Press, Cambridge 1990, ISBN 0-521-38089-8
  • Abraham Pais , Peter Goddard : Paul Dirac: mannen och hans arbete . Cambridge University Press, Cambridge 2005, ISBN 0-521-01953-2 .
  • Abdus Salam , Eugene Wigner (red.): Aspekter av kvantteori . Cambridge University Press, Cambridge 1972, ISBN 0-521-08600-0 . (inklusive: Eden, John Polkinghorne : Dirac i Cambridge . Van Vleck : Reser med Dirac in the Rockies . Jagdish Mehra Den teoretiska fysikens guldålder: Diracs vetenskapliga arbete 1924–1933 )
  • John Gerald Taylor: Hyllningar till Paul Dirac . A. Hilger, Bristol 1987, ISBN 0-85274-480-3 .
  • Graham Farmelo : The Strangest Man: The Hidden Life of Paul Dirac, Quantum Genius. Faber och Faber, London 2009, ISBN 978-0-571-22278-0 (han fick Kelvin-medaljen från Institute of Physics 2012 för särskilt hans Dirac-biografi )
  • Howard Baer, ​​Alexander Belyaev (redaktörer): Proceedings of the Dirac Centennial Symposium. University of Florida, Tallahassee 6-7 December 2002 , World Scientific 2003 (inklusive Monica Dirac om sin far)

webb-länkar

Commons : Paul Dirac  - samling av bilder, videor och ljudfiler
Wikiquote: Paul Dirac  - Citat

Typsnitt

Video

Individuella bevis

  1. ↑ Graham Farmelo: The Strangest Man - The Hidden Life of the Quantum Genius Paul Dirac . 2: a upplagan. Springer, Heidelberg 2009, ISBN 978-3-662-56578-0 , pp. 79 , doi : 10.1007 / 978-3-662-56579-7 (engelska: The Strangest Man: The Hidden Life of Paul Dirac, Quantum Genius . Översatt av Reimara Rössler).
  2. ^ PAM Dirac: elektronens kvantteori . I: Proceedings or the Royal Society , Volym 117, 1928, s. 610, Volym 118, s. 351
  3. ↑ Dirac. I: Proc. Roy. Soc. , A, 126, 1929, s. 360. Nature , Volym 126, 1930, s. 605. Dirac sa senare att det vid den tiden allmänt antogs att elektronen och protonen var de enda elementära partiklarna. Robert Oppenheimer , Igor Tamm och Hermann Weyl kritiserade identifieringen redan 1930 och Dirac vände sig också bort från den 1931 och postulerade en ny partikel (Proc. Roy. Soc. A 133, 1931, s. 60). Namnet Positron uppträdde först 1933 i ett verk av Carl Anderson (Physical Review, Volym 43, s. 491). Abraham Pais Paul Dirac. Aspekter av hans liv och arbete , s. 15f, i Pais et al. Paul Dirac , Cambridge University Press 1998
  4. ^ Proceedings or the Royal Society , A, Volym 133, s. 60. Physical Review , Volym 74, 1948, s. 817
  5. ↑ Nature , Volym 139, 1937, s. 323
  6. ↑ Proceedings Roal Society , Vol 167, 1938, s 148
  7. ↑ Sovjetunionens fysiska tidskrift , volym 3, 1933, s.64
  8. ^ Recensioner av modern fysik
  9. ↑ PAM Dirac: Finns det en Aether? I: Nature , Volym 168, 1951, s. 906-907.
  10. ^ PAM Dirac: Eterens position i fysiken . I: Naturwissenschaftliche Rundschau , 6, 1953, s. 441–446
  11. ^ PAM Dirac: Kvantmekanik och etern . I: The Scientific Monthly , 78, 1954, s. 142-146
  12. ^ Proceedings Royal Society , A, volym 268, s.57
  13. ↑ 5997 Dirac (1983 TH9) JPL Small-Body Database Browser; 5997 Dirac en.wikipedia (Hämtad 11 maj 2010)
  14. ↑ Westminster Abbey, Dirac
  15. ^ Blogg av Dirac-biografen Graham Farmelo
personlig information
EFTERNAMN Dirac, Paul
ALTERNATIVA NAMN Dirac, Paul Adrien Maurice (fullständigt namn)
KORT BESKRIVNING Brittisk fysiker, Nobelpristagare och medgrundare av kvantfysik
FÖDELSEDATUM 8 augusti 1902
FÖDELSEORT Bristol
DÖDSDATUM 20 oktober 1984
DÖDSPLATS Tallahassee , Florida, USA