Поль Дірак
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
| Поль Дірак | |
 |
|
| Народився | 8 серпня, 1902 Брістоль, Англія |
| Помер | 20 жовтня, 1984 Таллахассі, Флорида, США |
|---|---|
| Місце проживання |  Великобританія США |
| Громадянство | Великобританія- Швейцарія (до 1919) Великобританія (після 1919) |
| Галузь наукових інтересів | фізика |
| Alma Mater | Брістольській Університет, Кембридж |
| Відомі учні | {{{учні}}} |
| Відомий у зв'язку з: | Квантова фізика |
| Нагороди |  Нобелівська премія з фізики (1933) |
Поль Адрієн Моріс Дірак (англ. Paul Adrien Maurice Dirac; 8 серпня 1902 — 20 жовтня 1984, Таллахассі) — британський фізик, лауреат Нобелівської премії з фізики 1933 року (спільно з Ервіном Шредінгером).
Зміст |
[ред.] Біографічні відомості
Поль Адрієн Моріс Дірак народився в Брістолі, в сім'ї уродженця Швейцарії Чарлза Адрієна Ладіслава Дірака, вчителя французької мови в приватній школі, і англійки Флоренс Ганни (Голтен) Дірак. Спочатку Дірак вчився в комерційному училищі в Брістолі, а потім вивчав електротехніку в Брістольському університеті, який закінчив в 1921 із ступенем бакалавра наук. Ще в університеті він зацікавився теорією відносності Альберта Ейнштейна і протягом двох років понад звичайний курс вивчав математику. Потім він поступив в аспірантуру з математики коледжу св. Іоанна в Кембриджі і в 1926 р. захистив докторську дисертацію. Наступного року Дірак став членом наукової ради того ж коледжу.
[ред.] Внесок у фізику
В роки, коли Дірак проходив аспірантуру в Кембриджі, Вернер Гейзенберг і Ервін Шредінгер розробили свої формулювання квантової механіки, застосувавши квантову теорію до опису поведінки атомних і субатомних систем і руху таких частинок, як електрон.
Дірак почав вивчати рівняння Гейзенберга і Шредінгера, як тільки ті були опубліковані в 1925, виказавши при цьому декілька корисних зауважень. Одним з недоліків квантової механіки було те, що вона була розроблена лише стосовно частинок, що посідають малу швидкістю (в порівнянні з швидкістю світла), а це дозволяло нехтувати ефектами, що розглядаються теорією відносності Ейнштейна. Ефекти теорії відносності, такі, як збільшення маси частинки із зростанням швидкості, стають істотними, тільки коли швидкості починають наближатися до швидкості світла. Шредінгер першим спробував зняти обмеження на швидкість в квантовій механіці, але не досяг успіху в цьому.
Одна з причин що осягнула його невдачі полягала в тому, що він не врахував таку властивість електрона, як спін (обертання навкруги власної осі на зразок дзиґи), яке у той час було лише гіпотезою при поясненні деяких, що не укладаються в рамки традиційного опису деталей лінійчастих спектрів. Дірак поставив перед собою задачу ввести відносність у хвильове рівняння, записавши його в релятивістській формі. Виведене їм і опубліковане у 1928 рівняння зветься тепер рівнянням Дірака. Воно дозволило досягти згоди з експериментальними даними. Зокрема, спін, що був раніше гіпотезою, підтверджувався рівнянням Дірака. Це було тріумфом його теорії. Крім того, рівняння Дірака дозволило передбачити магнітні властивості електрона (магнітний момент).
Але цим сюрпризи, які таїла в собі теорія Дірака, не вичерпувалися. Теорія указувала на можливість існування негативних енергій, непіддатливих інтерпретації з погляду науки того часу. Подолавши спокусу відкинути від'ємної енергії як «математичну аберацію», позбавлену фізичного значення, Дірак прийшов до висновку, що стани з від'ємною енергією реально існують. Розглядаючи дію електромагнітного поля на електрон в змозі з від'ємною енергією, він знайшов, що рух електрона в цьому випадку еквівалентно руху електрона з протилежним, тобто позитивним, електричним зарядом. Дірак припустив, що позитивно зарядженою частинкою може бути протон.
Застосовуючи принцип виключення Вольфґанґа Паулі, згідно з яким у кожному динамічному стані може перебувати тільки один електрон, Дірак висловив припущення про те, що майже всі стани з від'ємною енергією вже зайняті, тому однорідний фон неспостережний. Але вакантний (незайняте) енергетичний стан, подібно дірці в однорідному «безликому середовищі», може спостерігатися. Дірка поводиться як позитивно заряджений електрон. Крім того оскільки вона відповідає недостачі від'ємної енергії, її енергія додатна, як і енергія всіх відомих частинок. Таким чином, Дірак передбачив існування античастки, близнюка електрона.
Він показав також, що електрон може зайняти вакантну дірку, а це еквівалентно зіткненню електрона з "антиелектроном", внаслідок чого обидві частинки анігілюють з тим, що вивільняється енергії у вигляді кванта випромінювання - фотона. Діраку ж належить теоретичний прогноз можливості народження електрон-антиелектронної пари з фотона достатньо великої енергії. Передбачений Діраком антиелектрон був відкритий в 1932 р. Карлом Д. Андерсеном і був названий позитроном. Пізніше підтвердилося і припущення Дірака про можливість народження пари. Згодом Дірак висунув гіпотезу про те, що і інші частинки, такі, як протон, також повинні мати свої аналоги з антиматерії, але для опису таких пар частинок і античасток була потрібно б складніша теорія. Існування антипротона було підтверджено експериментально в 1955 р. Оуеном Чемберленом. В даний час відомі і багато інших античасток.
Рівняння Дірака дозволило внести ясність в проблему розсіювання рентгенівського випромінювання речовиною. Було доведено, що рентгенівське випромінювання після розсіяння може відмінну від первинного довжину хвилі. Це суперечило старій теорії, яка стверджувала незмінність довжини хвилі при розсіюванні. В 1923 р. Артур Комптон відкрив так званий ефект Комптона, який кількісно показав що фотон рентгенівського випромінювання взаємодіє з окремим електроном. Електрон приходить в рух, і придбдана їм кінетична енергія віднімається від енергії рентгенівського фотона. Розсіяний фотон має меншу енергію, ніж до розсіяння і, отже, відповідає рентгенівському випромінюванню з меншою частотою і більшою довжиною хвилі. Взаємодія фотона з електроном математично має багато спільного із зіткненням більярдних куль. Відкриття ефекту Комптона ще раз підтвердило подвійну природу випромінювання — корпускулярно-хвильовий дуалізм. Рентгенівське випромінювання спочатку веде себе як хвиля, потім взаємодіє з електроном як частинка (фотон) і після зіткнення знов розповсюджується, як хвиля. Теорія Дірака дає докладний кількісний опис такої взаємодії.
Пізніше Дірак (і незалежно від нього Енріко Фермі) відкрив статистичний розподіл енергії в системі електронів, відомий тепер під назвою статистика Фермі-Дірака. Ця робота мала велике значення для теоретичного осмислення електричних властивостей металів і напівпровідників.
Дірак передбачив також існування магнітних монополів — ізольованих позитивних або негативних магнітних частинок, подібних позитивно або негативно зарядженим електричним частинкам. Спроби експериментально знайти магнітні монополя дотепер не увінчалися успіхом. Всі відомі магніти мають два полюси — північний і південний, які невіддільні один від одного. Дірак висловив припущення і про те що природні фізичні константи, наприклад гравітаційна стала, можуть виявитися не постійними в точному значенні слова, а поволі змінюватися з часом. Ослаблення гравітації, якщо воно взагалі існує, відбувається настільки поволі що знайти його надзвичайно важко, і тому воно залишається гіпотетичним.
[ред.] Нобелівська премія з фізики
Дірак і Шредінгер отримали Нобелівську премію з фізики у 1933 «за відкриття нових продуктивних форм атомної теорії». «Із загальнофілософської точки зору, — сказав Дірак в своїй короткій Нобелівській лекції, — кількість різних типів елементарних частинок (принаймні, так здається на перший погляд) повинне бути мінімальним, наприклад один або найбільше два. Але з експериментальних даних відомо, що кількість різних типів набагато більша. Більш того кількість типів елементарних частинок знаходить останніми роками вельми тривожну тенденцію до збільшення». На закінчення лекції Дірак вказав на витікаючу з симетрії між додатними і від'ємними електричними зарядами можливість існування «зір, що складаються головним чином з позитронів і антипротонів. Можливо, одна половина зір належить до одного типу а інша — до іншого. Ці два типи зірок повинні були б посідати однакові спектри, і розрізнити їх методами сучасної астрономії б було неможливе».
Після завершення робіт із релятивістської квантової механіки Дірак багато подорожував, побував в університетах Японії, Радянського Союзу і Сполучених Штатів. З 1932 р. і до виходу у відставку в 1968 р. він був професором фізики в Кембріджі (ту ж кафедру колись займав Ісаак Ньютон). Після того, як Дірак залишив Кембрідж, він був запрошений у Флоридській університет, професором якого залишався до кінця життя. Дірак помер в Таллахассі в 1984.
В 1937 р. Дірак одружувався на Маргит Вігнер, сестрі фізика Еугена П. Вігнера. У них було дві дочки. Дірак був тихою, замкнутою і небагатослівною людиною. Він вважав за краще працювати поодинці, і безпосередніх учнів у нього було мало. Дірак любив дальні пішохідні прогулянки.
[ред.] Відзнаки і нагороди
Крім Нобелівської премії, Дірак був нагороджений Королівською медаллю (1939) і медаллю Коплі (1952) Лондонського королівського товариства (членом якого він став в 1930). Він був вибраний іноземним членом американської Національної академії наук (1949) і членом Папської академії наук (1961). У 1973 Дірак був нагороджений орденом «За заслуги» Великобританії.
[ред.] Дивись також
 |
Ця стаття не містить посилань на джерела.
Ви можете допомогти поліпшити цю статтю, додавши посилання на надійні джерела. Матеріал без джерел може бути підданний сумніву та вилучений.
|
